各向同性宏观强度理论研究

材料在复杂应力状态下的屈服准则和强度理论是研究固体力学和结构强度的一个重要基础。本文研究和总结了第四强度理论(包括作者于1962年提出的均方根剪应力解释和一种简化表达式);对作者于1961年提出的双剪应力屈服准则作了进一步的阐述;并根据实验资料引进剪应力系数,提出了材料在σ-τ复合应力状态下的统一强度表达式。     

拉压异性材料的脆断强度条件

常用的脆断强度条件都仅适合某些材料和应力状态,而缺乏普遍的适用性。通过观察实验现象和分析破坏原因,认为平均应力对脆断影响显著。提出了考虑平均应力和最大剪应力共同影响、考虑了拉压异性的脆断条件。其物理意义明确,理论推导和公式比莫尔准则简单,与实验结果吻合的好,特别是双向拉伸应力状态下,比莫尔准则与实验结果吻合的好。适合材料力学教学和压力容器设计。     

Hoek-Brown岩体非线性强度的线性化方法

以瞬态摩擦角φi为中间变量详细推导Hoek-Brown准则的τ-σ关系.根据Hoek-Brown准则的τ-σ关系,推求Hoek-Brown准则下最小单元安全系数所对应的截面位置,并认为该截面为岩体发生临界破坏时的破坏面.根据岩体发生临界破坏时的破坏面位置以及作用于该面上的正应力和剪应力求得岩体在发生临界破坏时所受到的最小主应力σ3.通过搜寻计算模型范围内每一种材料中所有单元临界破坏状态下的最小主应力σ3找出每一种材料中最小主应力区间.采用最小二乘法推导通用Hoek-Brown准则在任意最小主应力区间范围内的等效Mohr-Coulomb参数.采用本文中建议的线性化方法和Hoek-Brown准则强度折减法对一边坡算例进行计算.结果表明:当每一种材料的最小主应力区间划分得越细,通过等效Mohr-Coulomb参数求得的边坡安全系数和破坏面位置与通过Hoek-Brown准则强度折减法获得的结果越接近.     

宝钢初轧厂工作辊道冲击疲劳寿命估算

阐明了初轧厂辊道冲击应力计算与传统的动行系数法的不同点.分别计算了钢锭塑性变形能与辊道的弹性变形能,确定了冲击载荷与危险截面的冲击应力。最后,根据有限寿命设计准则并按迈内尔疲劳损伤积累理论估算了辊道寿命,从而对目前的更换周期是否合适作出判断。     

纤维方位角对玻纤复合材料破坏机理的影响研究

利用扫描电子显微镜（SEM）对不同纤维方位角的玻纤增强树脂复合材料（GFRP）在单拉载荷下的破坏过程进行了实时观测．在桥联模型基础上，将纤维剪应力和基体正应力定义为界面的应力状态，对概化的GFRP材料单元进行了定量分析，得到了单拉载荷下纤维体积分数为27．5％的单元起裂时的应力状态，并通过最大应力强度准则确定了导致起裂的应力分量．综合SEM图片中裂纹形态和断口形貌，分析了不同纤维方位角的GFRP材料裂纹萌生和裂纹扩展的机理．分析结果表明，随着纤维方位角增大，导致GFRP材料裂纹萌生的应力分量由基体最大主应力演化为界面剪应力；裂纹扩展路径由最大主应力控制的基体开裂演化为最大剪应力控制的界面开裂．     

双剪应力准则的一个推广

本文根据作者于1961年提出的双剪应力屈服准则和1962年提出的普遍形式的双剪应力强度理论,提出了一个适用性更广的双剪应力强度理论.它以十二面体的两个较大剪应力为基础,进一步考虑到十二面体上相应的正应力的影响,把双剪应力准则推广到更大的范围,使它不仅适合于塑性材料的屈服流动,并且也适合于脆性材料的断裂破坏.     

三轴压缩条件下沥青混合料中间主应力效应及破坏准则

针对沥青混合料强度试验方法及沥青路面设计采用的最大拉应力理论没有考虑中间主应力影响的问题,利用自主研发的三轴试验装置及方法,对AC-13C沥青混合料开展三向压缩试验,包括常规三轴强度试验及中间主应力试验,观察试件的破坏形态。建立三向压缩条件下AC-13C沥青混合料的八面体强度理论计算式。研究结果表明:随着侧向压力的增大,试件破坏形态逐渐从拉应变破坏转变为斜剪破坏;沥青混合料在三轴压缩条件下的强度明显大于单轴抗压强度;中间主应力对沥青混合料强度有显著影响:当中间主应力逐渐增大时,三轴破坏强度逐渐增大,但强度增长幅度逐渐减小;所建立的三向压缩条件下AC-13C沥青混合料的八面体强度理论计算式可为沥青路面材料及结构按三维应力状态设计提供参考;建议采用能够反映中间主应力效应的强度理论作为沥青混合料的破坏准则。     

适合于破碎体的强度判别准则优选

对破碎体强度破坏的判别准则进行了系统分析、筛选,认为Hoek-Brown、Mohr-Coulumb、Griffith-Meclin-tock、最大张应力、最大张应变、三参数八面体剪应力、含弱面结构岩体的三维(二维)等强度准则适合于破碎体的破坏判别。应根据具体情况(岩性、岩体的破碎程度、应力状态等)选择相应的强度准则。     

水性环氧树脂改性乳化沥青粘层抗剪性能的检验

针对沥青路面因层间黏结性能不足而导致路面结构出现推移、拥包等病害现象,研究环氧乳化沥青粘层在不同环氧乳化沥青洒布量、不同试验温度和不同正应力条件下的抗剪强度,运用摩尔-库伦原理得到黏结力和内摩阻角.借助Ansys有限元软件对5种代表性路面结构进行层间剪应力计算,根据计算所得层间最大剪应力和抗剪强度,对环氧乳化沥青粘层进行抗剪疲劳性能和抗剪极限性能检验.结果表明:抗剪强度随正应力的增大近似呈线性增大,且在60℃高温条件下,环氧乳化沥青粘层的最佳洒布量为0.8 kg·m~(-2);当洒布量和正应力相同时,由于黏结力的减小,抗剪强度随温度升高而逐渐减小;5种路面结构在100 k N和200 k N荷载作用下,层间最大剪应力分别小于容许剪应力和抗剪强度,沥青面层不会产生剪切疲劳破坏及高温重载作用下的极限剪切破坏.     

水压力作用下岩石中Ⅰ和Ⅱ型裂纹断裂准则

为了研究裂隙岩体在水作用下的损伤断裂机制,考虑水产生的垂直裂纹面的静水压力和平行裂纹面的拖拽力,分析处于压剪和拉剪状态的单裂纹应力状态,推导出水作用下裂纹的应力强度因子.还定义基于断裂韧度的损伤变量,并将损伤变量引入Dugdale裂纹模型,推导出水损伤作用下压剪和拉剪应力状态下裂纹的应力强度因子.基于压剪条件下的断裂准则和最大周向应力理论,推导出压剪和拉剪应力状态下,考虑水损伤作用的裂隙岩体断裂准则.     

地下厂房洞室群动力反应时程分析

采用动力时程分析法,对杨房沟水电站地下厂房洞室群地震反应进行了三维非线性数值模拟,分析了洞周围岩的加速度、位移时程变化及应力分布特征.计算结果表明,在地震荷载作用下,洞室高边墙对加速度有一定放大效应;洞周围岩地震位移波形与输入地震波形一致,围岩各质点间的相对变形及围岩永久变形均较小;围岩应力分布较为合理,最大主应力及最小主应力幅值较小,地下洞室群在设计地震荷载作用下抗震稳定性较好.     

底框结构基础橡胶垫隔震设计及其时程分析

讨论了底框结构橡胶垫隔震层的刚度、屈服强度、轴向压应力等参数的设计原则,以典型工程为例,采用弹塑性时程反应分析方法,检验了底框结构使用橡胶垫隔震层后的隔震效果,对底框结构基础隔震设计与分析方法提出了一些建议。     

水平地震下单桩动力响应的数值模拟及参数分析

针对水平地震作用下的桩土相互作用体系,建立了单桩-地基土系统三维有限元几何模型,运用此模型,对系统进行了水平地震作用下的单桩横向非线性动力响应分析,计算中,考虑了地基土的材料非线性、桩土界面状态非线性以及桩土弹模比、土体材料阻尼比和输入地震动水平等非线性因素和材料参数的影响.计算结果表明:桩土弹模比对桩土动力相互作用的影响较为明显.     

桩-土（软支撑）-结构非线性动力相互作用分析

基于群桩-土软支撑模型,建立了土-结构相互作用有限元简化分析模型.针对不同地震激励,不同桩-土条件下对模型进行了动力非线性时程分析.结果表明:在某些地震动和土-基础条件下,上部结构非线性作用动力反应结果可能大于固基假定情形,且下部桩-土软支撑会对上部结构柔弱层位置产生影响,分析结果与现有的试验成果具有良好的一致性.以简化非线性弹-阻单元的形式等代桩-土实体单元接触面,能有效和快速地进行复杂的SSI动力时程分析及抗震评估.     

城市地下管廊结构地震动力响应分析

地震安全问题是城市地下管廊设计中不得不考虑的部分.先使用反应位移法计算地震时管廊结构的内力,得出管廊薄弱部位.接着使用动力时程方法分析管廊的地震响应,建立土体与结构数值模型,在模型底部输入水平地震作用.采用土-结构界面接触单元,重点考虑土与结构之间的相互作用,得出结构与土之间的分离与滑移情况以及管廊在水平地震作用下的位移变形和应力分布.结果发现:地下管廊标准段结构在水平地震作用下发生明显的侧向位移,容易发生弯剪破坏,而水平方向未发生明显位移;管廊结构地震破坏时的薄弱环节在顶板、底板与侧墙的连接部位以及中隔墙的墙端,在抗震设计中需采取加固措施.     

引水暗渠湿陷性黄土-灰土挤密桩复合地基动力特性

采用时程分析法,对湿陷性黄土地基引水暗渠灰土挤密桩单桩—土体模型的动力特性进行研究,结果表明:在水平地震荷载作用下,桩顶的位移最大,桩与土接触位置桩的位移比土的位移大,桩竖向中心节点的应力很小,桩侧土体应力大且沿径向增大,桩底土体应力随深度增大减小趋势不明显.这些变化规律为多桩与土相互作用时节点位移和应力的变化规律研究和群桩—土体模型是否产生群桩效应分析提供参照依据,同时为桩—土—上部结构共同作用分析提供基础理论.     

罕遇地震下复杂结构的弹塑性时程分析

贵州省博物馆新馆位于贵阳市金阳新区观山公园东北角,外形较为特别,既存在平面不规则,也存在竖向不规则,还有分夹层结构以及大的悬挑,内部局部存在大跨等,为超限复杂结构。为了验证其抗震性能,故通过分析能力较强的分析软件sap2000对结构进行罕遇地震下弹塑性时程分析,以证明结构可以达到预定的性能目标。分析表明该结构能满足大震不倒的设防要求。计算方法和结论对运用有限元软件分析复杂超限建筑有借鉴意义。     

隧道穿越高烈度地震区断层带围岩地震响应分析

考虑地震荷载特征及隧道特点,运用多点同时激振的动力时程分析方法,采用结构面单元与实体单元组合模拟断层带的方法,研究了某穿越断层破碎带铁路隧道在未支护条件下的动力响应特性。分析了沿隧道横向、纵向和竖向激振地震动工况下与断层破碎带接触部位所产生的位移差、加速度放大倍率和屈服单元等。结果表明：结构面单元与实体单元组合合理模拟了断层破碎带的地震响应特性;地震运动引起断层破碎带接触部位产生明显的位移差,横向输入地震动时位移差值最大,达到51.8 mm,而沿纵向和竖向输入时,位移差值仅为横向输入的44.3%和23.1%;同一高程处断裂带的加速度放大倍率明显大于混合花岗岩;断裂带与混合花岗岩过渡段出现明显的剪切屈服区域,且横向、竖向输入地震动时尤其突出;断层破碎带对隧道在地震动作用下的响应规律影响显著,穿越断裂带隧道的断裂带部位与过渡段为抗震设计控制性区域,应深入加强抗震措施研究。     

强震作用下运营隧道裂损衬砌动力响应分析

运营隧道由于地质因素、施工因素与地下水因素造成衬砌结构带裂缝工作。在地震力作用下,带裂缝的衬砌的安全性难以保证。基于隧道衬砌结构裂损的不同位置和裂缝不同深度的考虑,建立了三维数值有限元模型,采用时程分析的方法研究了衬砌的动力响应。研究表明:①在地震力作用下,隧道衬砌受往复拉压作用;在剪切波作用下,最大弯矩、轴力发生在隧道横截面"X"位置;②带裂缝衬砌在地震力作用下,纵向裂缝处混凝土应力集中,主筋拉应力增大,其他位置内力与完好衬砌响应相同;③随着裂缝的位置不同,对隧道安全性的影响不同,影响顺序由大到小依次为225°、315°、270°;④衬砌初始裂缝深度越深,在地震作用下应力集中情况越严重。     

液压支架用大流量安全阀动态时间指标的分析与确定

本文论述了液压支架用大流量安全阀开启时间与煤层顶板下沉速度及立柱参数间的关系和压力稳定时间对液压支架疲劳强度及顶板维护的影响．确定了大流量安全阀开启时间和压力稳定时间两个动态性能指标的取值范围，为大流量安全阀的动态设计提供了必要的依据。