基于图像相关法的珊瑚羟基磷灰石材料静态力学性能

通过实验证明引伸计不适于测量珊瑚羟基磷灰骨替代石材料的力学性质之后,采用高分辨率数字图像相关法测量材料的力学性质,得到了珊瑚羟基磷灰石完整的应力-应变曲线;测得弹性模量为(10.91±0.88)GPa,泊松比为0.244±0.025,压缩极限应力为(14.04±2.01)MPa.测试结果表明,珊瑚羟基磷灰骨替代石材料的应力-应变曲线在断裂前呈良好的线性关系.最后讨论了珊瑚羟基磷灰石与骨的力学相容性.     

基于数字图像的试样表面应力估算及应用

为获得试样破坏过程中的表面应力分布特征,提出了基于数字图像的试样表面应力估算方法。开展了含孔试样破坏的应力场演化观测试验,利用数字图像相关技术获得试样破坏过程中的图像序列,采用VIC-3D软件计算试样的表面变形场及应变场。结合所得应变场数据及应力估算方法,计算得到试样表面应力。采用虚拟场理论建立了表面应力与轴向应力的关系,且据此评估了3种弹性模量及5种泊松比的估算效果,优选了最佳应力估算参数组合。最后将应力估算方法应用于试样破坏过程中的应力场演化分析,对比验证了应力估算准确性。结果表明:弹性模量仅影响应力估算的峰值大小,不改变应力的分布,由数字图像计算得到的平均泊松比μ_3在估算时稳定性较好;采用平均弹性模量E_(av)以及平均泊松比μ_3估算加载中期的应力较为准确;估算所得表面应力能够完整的反应试样破坏过程,表面应力集中与裂纹萌生存在对应关系。数字图像相关方法的应力估算能够量化表面应力,研究可为实验力学中的表面应力分析提供参考。     

基于声波信息预测岩体力学参数的研究

基于Hoek-Brown强度准则中运用地质强度指标GSI求取岩体力学参数的方法。通过改进构建起钻孔声波测试所得岩体纵波波速vmp,岩石单轴饱和抗压强度σc与GSI值之间的函数关系,并应用于Hoek-Brown强度准则预测了沙坨水电站大坝坝基岩体力学参数,结果显示预测值与实验测试值之间基本吻合。该方法为资料不足情况下探知岩体力学参数提供了一种参考方式。     

一种低孔隙率材料负泊松比性能测试实验研究

为使学生充分理解材料负泊松比这一奇特的力学行为,针对一种含周期性异形孔的低孔隙率材料,开展其负泊松比性能测试实验研究。首先构建含周期性异形孔的低孔隙率材料的参数化模型,通过有限元方法开展仿真实验,计算有限尺寸的低孔隙率结构的等效泊松比。利用DIC数字图像相关技术对负泊松比材料开展实验研究,通过实验验证了低孔隙率负泊松比结构的拉胀特性,实验结果也验证了数值仿真实验的正确性。通过科研实践与教学实验结合,提高了教学效果,有效地激发了学生的学习积极性,提升了学生利用实验方法处理实际科研问题的能力。     

高温作用对大理岩强度及变形特性影响的实验研究

采用液压伺服刚性岩石力学实验系统对100～800℃高温作用下大理岩的强度及变形特性进行了室内实验研究，并取得了大理岩的单轴抗压强度、弹性模量、变形模量、泊松比等有效实验数据．在此基础上，比较系统地分析了大理岩在经历100～800℃高温作用后其强度及变形特征变化的统计规律和作用机理．研究结果表明：随着作用温度升高，上述各力学参数不同程度上渐次降低，尤其是在不同温度段岩石强度降低具有突变性．     

基于DSCM的竹炭力学参数测量及破坏分析

为了解竹炭力学性能,采用DSCM方法研究了竹炭的弹性模量、泊松比以及抗压强度,并对竹炭材料的顺纹和横纹破坏过程进行了简单分析。结果表明:竹炭的横纹压缩强度、弹性模量和泊松比均比顺纹压缩低;竹炭的破坏模式受其结构控制,顺纹压缩常表现为突发式破坏,试件内部前期变形均匀,最后发育沿载荷方向的裂纹,横纹破坏表现为渐进式破坏,试件内部前期变形不均匀,最后发育与载荷方向成一定角度的裂纹。该研究在生物质材料的力学参数及力学性能研究方面均具有一定的可行性和优越性。     

复合材料层板动态力学性能和温度相关性的实验研究

在不同温度环境下,利用ＭＴＳ材料试验机,采用中等应变速率（１／ｓ）,对玻璃布－环氧层板实施了冲击拉伸实验,测试了该材料在不同温度、不同应变速率下的应力应变曲线,确定了杨氏模量、拉伸强度和泊松比等力学参数。实验结果表明,玻璃布－环氧层板具有明显的应变率、温度效应;在室温以上温度环境下,该层板具有动态韧性。还分析讨论了复合材料拉伸试样设计的一些主要问题,给出哑铃形试样结合粘贴加强片和销钉拉伸的复合材料拉伸试样设计方法。     

实验分析泥岩水化膨胀应力与力学参数之间的关系

在钻井的过程中,泥页岩地层一旦与水基钻井液接触后,便会发生水化膨胀作用,在地层压力和上覆岩层压力的约束下产生膨胀应力,岩石强度降低,井壁稳定性下降。因此,研究水化膨胀作用与力学参数之间的关系是研究泥岩井壁稳定的关键内容之一。基于泥页岩的水化作用机理,通过室内实验分析了水基钻井液中的离子类型及其浓度对水化膨胀应力的影响,并且测量了岩样水化后的力学参数。实验结果表明泥岩水化膨胀应力与离子类型和浓度有关;水化后泥岩的含水量越大,产生的线膨胀应力越大,力学参数越小;线膨胀应力与泥岩水化后的力学参数之间具有较好的指数递减关系。     

高应力条件下膏泥岩动静态力学参数特征试验分析

高应力条件下膏泥岩动静态力学参数特征研究对分析地下深层或高应力地区膏泥岩力学状态、蠕变扩容约束因素、地下工程或容腔安全设计及地下空间应力场模拟等方面意义重大。通过对地下膏泥岩取样并开展力学试验,对其应力应变特征进行分析,结果表明:高应力条件下膏泥岩应力-应变曲线大致分为4个阶段,时间-应变曲线大致分为3个阶段;硬石膏含量增加能提高岩样的强度、模量及泊松比,同时延缓岩石的弱化,但在高应力系统下岩样具有较为明显的蠕变扩容特征;在45%和79%屈服水平下,屈服应力点之后塑性应变比例差异不大;有效围压50 MPa条件下,杨氏模量随着偏应力的增加而降低,泊松比随着偏应力的增加而增加;硬石膏体积分数50%的样品内聚力和内摩擦角比硬石膏体积分数50%的样品分别高35.7%和10.2%,表明虽然膏泥岩在高应力条件下易发生扩容蠕变,但硬石膏相对泥质而言能提高岩石抗剪切破坏的能力;根据动态资料计算的膏泥岩力学参数与静力学参数类似,高应力条件下硬石膏含量高的样品其动力学参数值也相对大一些,不同成分膏泥岩样品具有统一线性变化规律。     

数字图像相关的不锈钢真实应力应变关系测量

工程上广泛应用的名义应力应变曲线,在材料发生大变形时,由于应力和应变不再沿着试件均匀分布,因而不能真实反映材料在塑性阶段的本构关系。在不锈钢标准板的拉伸试验中连续采集试件散斑表面的数字图像,采用数字图像相关技术对序列数字图像进行相关运算以获得其每个变形状态下的变形场,得到了整个拉伸过程中试件的变形形态。以光学虚拟引伸计的方法分别测量横向和竖向的实时应变数据,结合体积不变理论计算得到真实应力应变曲线。采用Johnson-Cook材料模型对真实应力应变曲线进行拟合,得到了塑性本构关系;最后根据以上实验结果和真实应力应变曲线获取了材料的力学特性参数。实验结果表明了基于数字图像相关方法对不锈钢真实应力应变关系测量的有效性和可靠性,对实验结果的真实应力应变曲线后处理,获得不锈钢材料的弹性模量为169 GPa,屈服强度为236.8 MPa,并获得了Johnson-Cook简化模型的所有三个参数A、B和n的数值。     

超高速数字图像相关实验系统及其在爆炸研究中的应用

 基于数字图像相关方法和超高速摄像技术,建立了超高速数字图像相关实验系统,并应用该系统和UV平板打印制斑技术,通过在聚碳酸酯（PC）平板试件上进行爆破模型实验,分析了爆破应变场的演化过程和衰减规律。结果表明,爆炸产生应力波的表现形式以压缩波为主、剪切波为辅;随着应力波在试件平面内的传播,应力波频率由高频向低频衰减,应力波能量逐渐耗散。采用ABAQUS有限元分析软件对爆破模型实验的动态过程进行模拟,数值模拟的变形演化规律与模型实验结果基本吻合,验证了超高速数字图像相关实验系统对爆炸问题的研究具有良好的适用性。     

基于车辆地面力学沙漠沙结构性本构模型的建立

结合沙漠土壤的三轴试验资料,将岩土力学研究中描述土结构性的定量参数(应变综合结构势)引入土的强度变形特性分析. 根据该参数对同一围压下不同含水率沙的应力-应变曲线具有较好的归一化作用,用类似邓肯-张模型的处理方法构造沙漠沙结构性本构模型,并提出获得模型参数的试验方法. 试验与仿真结果表明该结构模型能较好反映不同含水率下沙漠沙的应力-应变关系.      

塔里木盆地塔中地区岩石力学参数模型建立及其应用

通过对塔里木盆地塔中地区鹰山组地层的岩心进行室内岩石力学试验,获得了该地区岩石的杨氏模量、泊松比、内聚力、内摩察角等静态岩石力学参数和动态岩石力学参数。对试验结果进行了分析研究,得到了岩石纵横波时差关系拟合模型、岩石力学参数拟合模型及动静态参数关系模型。根据回归分析建立的岩石力学参数模型,结合测井资料得到的岩石力学参数剖面,为预测区块地应力、地层孔隙压力、合理钻井液密度确定等提供准确的岩石力学参数,为钻探提供合理的工程参数。     

应用数字散斑相关技术进行薄膜材料断裂问题研究

将数字散斑相关测量方法应用于薄膜材料断裂问题研究,测量了薄膜材料的常规力学性能参数及裂纹尖端区域位移场。通过裂纹尖端区域位移场确定了应力强度因子(SIF),从而在技术上解决了薄膜材料断裂力学性能测试的困难、工作表明,此方法可有效地应用于薄膜等小尺寸材料的实验应力分析及断裂行为。     

高应力下脆性岩石卸荷力学特性及数值模拟

高地应力下脆性岩体工程开挖变形机理、稳定性评价及灾害控制技术研究一直是岩石力学和工程地质研究的难点问题。基于高应力下脆性岩石卸荷力学试验分析,明确了卸荷过程中的岩石力学参数及变形破坏演化规律,发现高应力下脆性岩石的破坏具有较明显的应变强度特征。分析了高应力下脆性岩石卸荷破坏采用张拉屈服的Griffith应变强度准则的合理性,建立了考虑卸荷屈服引起岩体力学参数变化的弹脆塑性数值计算方法,并在实际工程中得以验证。     

散体围岩力学参数位移反演优化

针对散体围岩非连续性、松散的特性以及难以获得可信度高的力学参数的问题,基于Hoek-Brown强度准则和位移反演理论,提出一种新的岩体力学参数确定方法。采用Hoek-Brown强度准则估算散体围岩强度参数(黏聚力c、内摩擦角φ和抗拉强度στ)和变形参数(弹性模量EH),将估算出的强度作为位移反演分析过程中的已知参数,基于数值计算方法,对变形参数(弹性模量反算值EB和泊松比μ)进行反演优化。将弹性模量估算值EH和弹性模量反算值EB对比分析,进而修正估算的输入参数,从而得到接近实际的岩体力学参数。研究结果表明:EH与EB相差仅为0.01 MPa,相对误差为1.75%,小于5.00%,即参数合理有效;将新方法确定的力学参数应用于数值模型进行反演正算,得到ZK34+232断面拱顶下沉值和水平收敛值的相对误差分别为1.3%和3.4%,符合检验标准,满足工程实践,说明新方法是可行的,可以用于隧道工程设计和施工。     

爆炸容器力学安全的敏感度分析方法

 为识别爆炸容器力学安全敏感因素,建立了基于拉丁超立方抽样(LHS)和Spearman偏秩相关分析方法的参数敏感度分析模型。采用该模型对某容器内爆炸过程进行了大量数值模拟和统计分析,给出了相关因素的敏感度大小及排序,分析了样本量、参数分布类型及参数取值范围对敏感度分析结果的影响,并与其他敏感度分析方法进行了比较。结果表明,对所研究的爆炸容器,体积比内能、屈服强度为影响容器力学安全的最敏感因素,切线模量为较敏感因素,而弹性模量、泊松比为不敏感因素;且体积比内能与容器应变正相关,泊松比与容器应变不相关,其他因素与容器应变负相关。本研究建立的爆炸容器力学安全敏感度分析方法可用于各类爆炸容器的力学安全敏感因素分析,为优化容器设计和促进试验安全提供了量化依据。     

泸州区块全井段地层力学性能及井壁稳定性

泸州区块全井段岩性复杂,漏、溢、垮复杂突出,严重影响深层页岩气资源效益化开发。针对不同岩性地层特征,建立基于室内实验及现场工程参数的全井段地层力学性能及三压力预测方法与剖面的建立,具有重要的研究意义与工程价值。基于室内实验,建立不同岩性地层力学参数预测方法,评价了不同岩性地层力学参数分布规律,耦合地应力、力学实验数据及现场漏溢塌工程信息,考虑井眼轨迹、力学弱面等因素,建立了全井段孔隙压力、坍塌压力、破裂压力分布剖面。研究结果表明,须家河、茅口组低孔隙压力、裂缝发育,漏失压力低,龙潭组煤层、泥岩力学强度低,坍塌压力低,普遍在1.5左右;深部石牛栏组、龙马溪组异常高压,存在溢流风险。建立了泸州区块深层岩石力学性能及三压力剖面,可为该地区井身结构优化设计、关键工程参数设计提供科学依据。     

圆筒外壁双边裂纹问题的应力强度因子计算

1 引言 在工程结构的失效分析和安全设计中,应力强度因子已成为重要的参数。边界配置法是计算该参数的一种有效数值方法,其突出优点是计算简便,精度较高,特别适合于有限大裂纹体的计算。该方法的关键是选择恰当的应力函数。近年来,作者根据弹性力学的基本理论和不同裂纹问题的特点,提出了一些适当的应力函数。计算了一系列断裂问题的应力强度因子。     

煤破碎过程中表面结构演化与力学特性关系

利用电子万能试验机对四种典型块煤开展单轴压缩破坏实验,研究其应力应变及破坏形式等力学特性.利用高速摄像仪拍摄煤块表面细观结构图像,并计算分形维数以定量描述煤块在单轴压力载荷下表面细观结构,最终建立应力与表面分形维数的关系.结果表明:煤表面和内部存在大量孔隙、裂隙等缺陷以及其具有的不均匀性,导致其单轴压缩实验力学特性存在各向异性特征,破坏形式主要为沿纵向主裂隙的劈裂破坏;同种煤的最大和最小的应力强度值相差很大,不同煤种的力学参数也有整体的差异性.通过定义相对分形维数和相对应力强度发现单轴压应力与表面分形维数呈现非线性增长关系.