岩石强度的椭圆准则参数研究

本文以椭圆断裂准则为基础,提出了一个适用于岩石三轴压缩强度的描述形式。通过椭圆准则基本特征简要分析,推导了它在主应力坐标系下的基本方程,给出了确定破坏面方位的关系及判断剪切或拉伸正断发生的条件。为确定椭圆准则中岩石材料断裂行为相关特征参数,引入了一个应力状态和岩石固有力学性质变化相关的可变参数。该参数的公式化结果与椭圆准则基本方程的联合应用,构成了岩石三轴压缩强度的椭圆准则描述关系。理论计算结果与大理岩、砂岩和花岗岩的常规三轴试验测试结果的对比,表明了所提出的强度破坏关系具有良好的预测能力。     

复合岩石层面剪切试验的研究

本文在不同粗糙度和不同正应力的条件下,对复合岩石层面的剪切试验进行了讨论,建立了复合岩石层面抗剪强度的准则及复合锯齿状层面的抗剪强度准则。实验表明:光滑层面的初剪与复剪抗剪强度具有峰值转换性;剪切位移具有弹性回复位移,并存在着剪切法向收缩现象;剪切滑移造成层面两侧岩石的张裂破坏。     

完整岩石单轴抗压强度确定方法研究

完整岩石单轴抗压强度是传统和普适Hoek-Brown(HB)强度准则中的关键参数,其与岩石软硬程度和岩石破碎程度具有强关联性,而理想值或理论值严格意义上并不等同于单轴测试值。真值的唯一性确定直接影响HB强度准则的准确性,由此提出一种新的思路解决这一难题。首先明确了岩石软硬程度和岩石破碎程度的确定应基于分布特征而非单一样品,这可使完整岩石单轴抗压强度、岩石软硬程度和岩石破碎程度三个参数力学意义上自洽。进而证实了传统HB强度准则表达式的不确定性,本质原因是三个参数无法从单一曲线中唯一确定,明确问题的关键核心是完整岩石单轴抗压强度值的唯一性。由此提出了确定HB强度准则新的线性解决方案,将三个参数改为两个参数,可简单快速唯一地确定HB强度准则曲线。最后为了提高精度,引入四种误差评判方式:绝对误差绝对值和、绝对误差平方和、相对误差绝对值和以及相对误差平方和,可显著缩小预测值与实验值的偏离误差。新的线性方案匹配任意一种误差形式可确保完整岩石单轴抗压强度的唯一性,研究工作为深入理解HB强度准则提供了新思路。     

椭圆准则的岩石三轴试验运用分析

岩石强度破坏理论是岩石力学与工程问题的理论基础。本文推广了适用于金属玻璃材料拉伸破坏下的椭圆准则强度理论运用于岩石材料,开展如下主要工作:导出椭圆准则在o-σ_1σ_2σ_3坐标系下的描述形式,再选取三组不同类型的岩石式样,观察每组岩石式样的常三轴实验数据与椭圆准则强度曲线的偏离程度。结果表明,每组式样的实验数据点总体上在椭圆准则强度曲线附近,偏差较小。该准则对于岩石材料是适用的。     

基于最大拉应变理论的岩石损伤机理

以岩石内部微元体为研究对象,研究了在宏观应力作用下微元体的应力分布特点.将微元体应力的分布按正态分布考虑,结合最大拉应变强度准则,提出岩石微元体破坏的控制条件是最大拉应变.据此建立了微元体的三种破坏方式,研究了不同破坏方式对岩石承载能力的影响,推导出各破坏方式发生的条件及概率,并将微元体的三种破坏与三个方向的损伤因子联系起来,实现了细观与宏观的结合.在此基础上,建立了考虑各向损伤异性的岩石损伤本构模型,推导了参数的求解方法.最后对该模型的合理性进行了验证,发现利用该模型能够很好地解释不同应力条件下岩石的破坏方式以及围压对岩石峰值强度和残余强度的影响规律.     

包含岩石临界状态的Mohr-Wedge准则适用性研究

Mohr-Wedge(MW)岩石强度准则是基于岩石楔形破坏力学模型及主应力间的偏微分方程等的理论性公式推导.利用量纲分析整理该准则所含的多个参数,并赋予参数相应的物理意义,可使该准则简单易懂.为分析包含岩石临界状态的MW准则适用性,选取Mohr-Coulomb准则、Hoek-Brown准则和指数准则为比较对象,以平均绝对误差MAE为评价指标,量化比较4个准则预测岩石强度的准确度.结果表明:当围压小于岩石临界状态围压σ_○cr-M时,MW准则具有一定的适用性;当围压大于σ_○cr-M时,4个准则预测的岩石强度因岩石临界状态围压不同而发生偏差.基于此,提出了不同岩石临界状态围压预测岩石强度的方法,可为岩石临界状态围压的取值提供一定的借鉴意义.     

复合岩石渐近协调剪切破坏假说及其强度方程

本文作者采用剪切方向与试件表面呈任意角的变角剪试验方法,对灰岩、砂岩、泥岩组成的复合岩石进行了大量的力学性能试验。通过复合岩石的受载、变形和破坏的实验研究,提出了复合岩石“渐近协调剪切破坏”假说,并由此建立了由剪切角、层间强度及单一岩石的抗剪强度、厚比、弹性模量诸参数决定的复合岩石强度方程。经过实验证明,此方程在一般岩石力学的理论和实践中是可行的。因此,复合岩石的“渐近协调剪切破坏”假说及其强度方程,可供工程地质、岩土工程等涉及复合岩体的理论和实际问题分析之用。     

岩溶区岩石地基承载力的确定

根据Hoek-Brown强度准则，推求了局部剪切破坏下的岩石地基极限承载力；根据极限平衡条件，推求了地基整体剪切破坏模式的岩石地基极限承载力．推求了舍溶洞、基岩面起伏大等情形下的岩石地基极限承载力确定方法．岩石在地基三向围压情况下，其地基承载能力将提高．在实践中，应根据岩石地基承载力具体的确定方法，再考虑是否需要进行岩石地基承载力的深度和宽度修正周4，参10．     

岩石强度准则理论的探讨

岩石的应力、应变增长到一定程度,岩石就要发生破坏。用以表征岩石破坏条件的函数(应力及应变函数),称为破坏准则或强度准则。强度准则的建立,应反映岩石的破坏机理。岩石的破坏,通常可以分为脆性破坏和延性破坏。前者特点是岩石达到破坏时不产生明显的变形,后者的特点是破坏时会产生明显的塑性变形而不呈现明显的破坏面。岩石之所以能产生脆性或延性破坏,除了受到应力及应力状态影响外,也受到温度、应变率,地质构造等因素的影响,但目前大多数岩石破坏准则仅仅认为与应力或应变状态有关。本文主要针对库仑—纳维叶破坏准则进行探讨。     

岩石、岩体的动力强度与动力破坏准则

就岩石与岩体变形与破坏的时间特性进行了理论研究.研究了岩石及岩体的强度对于应变率的依赖关系及其机理,给出了考虑强度对于应变率依赖关系的莫尔库仑准则,确定了岩体的破坏尺寸与应变率之间的关系.讨论了若干时间性破坏准则,揭示了它们之间的内在联系.最后讨论了动力强度理论的应用.     

木质组合梁抗弯性能试验研究

通过12根矩形截面梁、24根T型组合梁和6根工字型组合梁,共计42根木质梁试件的2点加载受弯试验,研究了木基结构板—矩形截面木搁栅组合梁的抗弯性能.结果表明,木质梁试件破坏前能产生较大的变形,最终破坏主要有4种模式:纯弯段腹板弯曲破坏、沿腹板顺纹方向劈裂破坏、弯剪区沿腹板截面高度剪切破坏和梁端部局部扭转.木质组合梁中连接翼缘与腹板的钉连接节点在梁受弯时滑移变形较小,因此其能有效地传递翼缘与腹板之间的组合作用.T型组合梁与矩形截面梁相比,刚度和承载力有明显增加,工字型组合梁与T型组合梁相比,受弯性能进一步提高.因此可按组合梁理论进行更加合理的木楼盖相关设计.     

拉伸条件下帘线/橡胶复合材料的失效准则

根据橡胶复合材料单向单层板的失效模式，提出了一个新的复合材料的失效准则，并通过尼龙6-帘线／橡胶复合材料单向单层板的双向拉伸试验数据，对失效准则进行了验证．结果表明，提出的失效准则完全可以用来预测帘线／橡胶复合材料单层板的拉伸失效．     

3D C/SiC复合材料压缩失效规律研究

目的　对三维四向和三维正交两种碳纤维织物结构增强的碳化硅陶瓷（简称３ＤＣ／ＳｉＣ）复合材料的压缩失效规律进行研究;方法　采用先驱体转化法得到两种３ＤＣ／ＳｉＣ,在美制ＮＥＷ８１０ ＭＴＳ系统上进行压缩; 结果　三维四向碳纤维增强ＳｉＣ陶瓷（简称３ＤＢＣ／ＳｉＣ）存在两个压缩极限载荷,表现为织物结构的失稳; 而三维正交ＳｉＣ陶瓷（简称３ＤＯＣ／ＳｉＣ）只有一个极限载荷,表现为基体的破坏和纤维碎断; 结论　织物结构形式对３Ｄ Ｃ／ＳｉＣ复合材料的压缩性能有较大影响;     

复合材料层合板机械连接失效分析及铺层优化

介绍了一种复合材料层合板单钉连接的有限元简化模型，并基于这种模型对5种不同铺层比例的层合板进行计算分析。对计算所得应力结果采用Tsai-Wu判据进行失效判断，并绘出强度比曲线进行分析，得出其中最优的铺层比例方案。通过与实验结论的比较，验证了这种方法的有效性。根据强度比曲线分布，分析铺层比例对层合板机械连接强度的影响规律，并由此得到提高层合板机械连接强度的方法。最后通过一个例子说明了这种铺层优化方法的有效性。     

Failure wave motion of 3D-C/SiC composites subjected to shock compression

The response and failure behavior of 3D-C/S軨 composites subjected to shock compression have been experimentally studied. With the help of a one-stage light gas gun, the 3D-C/SiC composite samples, which are subjected to the plane shock compression by LY-12 aluminum flyer sheets with different speeds become available. Based on the analysis of observation for the curve of pressure vs time, which has been measured from the tests as well as from the samples, it is found that when the shock speed is larger than a critical value, the material of 3D-C/SIC will be comminuted and the failure surface will move from the shock plane to its inward direction in the waveform.     

复合材料薄壁曲面开孔孔形优化设计

复合材料薄壁曲面结构在航空航天领域中获得了广泛的应用。其上存在的冷却孔、减重孔及维修孔会导致结构容易失效。本文提出一种通用复合材料曲面上孔形优化新方法,采用参数映射方法进行曲面结构上的孔形优化,选取孔周曲线上的失效函数值作为优化设计目标。论文比较了椭圆函数描述孔形时Mises、Tsai-Hill及Tsai-Wu三种失效准则、三种不同材料体系对优化结果的影响,最后给出了样条函数描述孔形的算例。     

蒙皮刚度对复合材料T型接头拉脱失效行为的影响

通过试验和数值分析的方法,研究了4组不同蒙皮凸缘厚度比的碳纤维复合材料T型接头拉脱失效行为。评估了蒙皮刚度对接头承载能力、损伤起始位置、失效模式的影响。结果表明:接头承载能力随着蒙皮刚度增加而提高,但两者并不线性相关。随着蒙皮刚度的增加,损伤起始位置逐渐由凸缘前端移至填充区;起始失效模式由凸缘前端与蒙皮的剥离转变为填充区的局部开裂,腹板两子层脱粘,以及填充区与腹板及蒙皮间的剥离等。     

单颗粒增强复合材料破裂过程的数值模拟

采用MFPA^2D数值模拟软件,对单颗粒增强增韧脆性基复合材料在单轴拉伸荷载作用下经变形、损伤直至破坏的全过程进行模拟．模拟结果表明脆性基体分别加入复合刚性颗粒和柔性颗粒后具有不同的破坏机制,加入刚性颗粒对材料的强度没有的改善,而加入柔性颗粒后材料的强度虽有所下降,但材料的韧性可以得以显著提高．     

Fractographic Analysis of High Performance Fabric Reinforced Composites after Ballistic Impact

To improve the ballistic resistance of the ballistic resistant composites, this paper deals with the microscopically fractographic analysis of their failure caused by Fragments Simulated Projectiles (FSP) and bullet with the objective to clarify the failure modes of the composites, and to further improve the ballistic resistance of the ballistic systems by hybridizing based on the currently market available materials.After the analysis, it has been found that the penetration of the FSP into the panels causes shear failure in the impact side of the target but extensive tension failure in the distal side of the composite target. The failure modes also include matrix fragmentation, and delamination, and with resin content as high as 30%, more filaments are broken by cutting in the composite. Compared with the failure caused by bullet, there are more cutting or shearing for the failure caused by FSP, but more compressive failure caused by bullet. This paper also discusses the effects of hybridizing differen     

泡桐木夹层梁的弯曲疲劳试验

对采用真空导入工艺的泡桐木夹层梁进行4点弯曲疲劳试验,研究发现泡桐木夹层梁的破坏形式主要有界面的脱黏、芯材的剪切破坏、面板分层等。试验过程中采集试件的S-N曲线,采用3种寿命预测公式对其进行线性拟合,得到该泡桐木夹层梁的寿命预测公式。基于S-N曲线在实际工程中的应用,引入失效率的概念,采用双参数的Weibull函数分布,对不同应力等级下的失效率进行研究,从而得到泡桐木夹层梁P-S-N曲线。