雁列式断层拉张破裂有限元数值模拟

为了研究典型断层构造形式--雁列式断层的变形破坏特征,采用拉张破裂有限元程序开裂准则8,当0.995(max≤(1≤(max时节点开裂,模拟了雁列式断层的破裂过程.雁列式断层按错列方向与运动方向的关系可分为两类:拉张型和挤压型.分别对这两种断层结构的破裂过程进行了模拟,并与数字散斑实验和岩石试件现场实验结果进行了对比,数值试验很好的模拟了第2条裂纹即拉破坏裂纹,可以为研究地震的发生机制及前兆特征等提供理论支持.     

含裂纹岩石受载后的应力场特征及其影响因素分析

通过数值模拟的方法,应用RFPA^2D软件分析了含裂纹岩石受载后的应力场分布特征,用定义的应力集中系数来分析由于裂纹的影响而产生的应力场强度,并研究了裂纹长度以及它的力学参数等因素对应力场分布的影响。     

FRACOD模拟软件在岩石工程中的应用及案例分析

岩土工程领域中岩石作为力传播媒介在地下工程中起着至关重要的作用,掌握工程扰动过程中岩石裂纹扩展规律及破坏特征有助于揭示相关灾害发生机理,为防治灾难发生提供研究基础。为此,基于岩石断裂力学理论和位移不连续数值模拟理论,提出能够同时预测拉伸和剪切裂纹传播的F-准则,研发了能够模拟岩石混合裂纹扩展的FRACOD软件。首先从理论背景层面对FRACOD裂纹扩展模拟软件进行了详细的介绍,软件采用间接边界元-位移非连续法,并引入裂纹扩展F-准则及Mohr-Coulomb裂纹起裂准则用以模拟岩石混合裂纹扩展规律及应力场、位移场等物理场的分布规律。为验证该软件在众多工程领域的适用性,进行了地热开发钻孔破裂、岩石力学双轴压缩试验、水压致裂等三个模拟案例的对比分析。通过对模拟试验结果与室内试验或现场观测结果的对比发现,FRACOD不仅可以准确模拟岩石的裂纹扩展规律及岩体破坏特征,同时适用于涉及岩体断裂损伤的多个工程领域。因此,FRACOD研发与应用为岩石工程设计和研究提供了重要的研究工具,对岩体断裂损伤学科的发展具有重要的指导意义和参考价值。     

裂纹的相互作用对于岩石动力行为的影响

岩石作为非均匀介质含有大量的微裂纹,在外载作用下裂纹会相互作用.本文基于岩石的翼状裂纹模型,考虑了正方形裂纹阵列和六边形裂纹阵列两种情况下裂纹的相互作用,利用裂纹的运动方程和加载方程,研究了动力加载下Ⅰ型裂纹之间的相互影响对于岩石动力行为的影响.通过数值分析,定量研究了不同裂纹密度对岩石动力变形和破坏过程的影响.结果表明,裂纹密度越大,裂纹的相互作用越强烈,破坏时加载强度越低,惯性引起材料的轴向附加应力越大.     

岩石断裂力学的扩展有限元法

针对岩石材料的断裂力学问题阐述扩展有限元法的单元位移模式的选择、确定平面裂纹空间位置的水平集法和特殊单元的数值积分方法。介绍最大周向应力裂纹扩展判据和计算应力强度因子的相互作用积分法,进而建立岩石断裂力学的扩展有限元法。建立Ⅰ型裂纹和Ⅱ型裂纹的岩石断裂力学的扩展有限元计算模型,对I裂纹的应力强度因子和Ⅱ型裂纹的裂纹扩展路径进行扩展有限元法数值模拟计算。结果表明,建立的岩石断裂力学扩展有限元法可对岩石材料的断裂力学参数和裂纹扩展路径进行数值模拟分析,验证了数值计算结果的合理性,能有效地描述岩石断裂力学特性。     

混凝土的细观损伤理论及其数值模拟

本文建立了拉伸荷载作用下混凝土的二维细观损伤的本构理论，采用有效场方法考虑混凝土的裂纹相互作用，分析了混凝土随外加应力场的损伤演化过程，求出了损伤柔度张量的表达式，在此基础上对混凝土的细观损伤特性进行了数值模拟．由于微裂纹的扩展和裂纹之间的相互作用，混凝土的柔度表现为非对称的和各向异性的。数值分析表明，本文模型的计算结果介于Ｔａｙｌｏｒ方法和自恰方法之间，与实验结果具有较好的一致性，尤其是当裂纹密度较大时，本文的结果能更好地模拟实验结果。因此，当裂纹密度较大时，必须考虑裂纹的相互作用。     

裂纹连续度对非均质材料中雁行裂纹扩展的影响

应用材料破裂过程分析(MFPA2D)系统,通过对非均质材料试样中预置的雁行裂纹在单轴压缩下裂纹扩展、演化过程的数值模拟,研究了裂纹连续度的变化对裂纹尖端邻域应力场及裂纹扩展模式的影响,同时分析了连续度变化对裂纹起裂应力及强度所造成的影响·数值模拟结果表明随裂纹连续度的减小,裂纹内尖端的应力场逐渐由拉应力场过渡为压应力场,裂纹的扩展模式相应地经历拉模式(T)、拉剪模式(T S)及压模式(C),裂纹扩展的起始角度与最大压应力之间的角度也逐渐增大·此外,数值模拟结果还表明裂纹尖端的起裂应力大致为试样极限强度的1/2～1/3·     

类岩石材料裂纹演化机理的研究进展

简要阐述了岩石、混凝土类材料微裂纹成核、扩展理论和扩展模型及其应用研究,重点突出了国内外学者对岩石内部微裂纹群的演化特征、微裂纹相互作用规律的研究结果及其应用。最后简述了损伤力学在分析岩石裂纹演化方面的应用。     

平行偏置裂纹相互作用及其合并条件

裂纹之间的相互作用因其位置和方向的不同会引起应力场的相互增强或者相互减弱效应.运用FRANC2D软件,对单向拉伸载荷作用下含2条平行偏置裂纹的平板进行有限元分析,计算得到2条平行偏置裂纹在不同几何特征下的应力强度因子和应力变化图,再现了它们相互作用的应力场叠加规律,讨论了裂纹水平间距比(s/a2)、裂纹垂直间距比(h/a2)和裂纹长度比(a2/a1)对应力强度因子的影响以及2条裂纹之间的相互作用情况.结果表明:裂纹尖端内侧在s/a2=-1.4时所受的屏蔽效应最明显,h/a2对应力强度因子的影响因s/a2表现为3种不同的变化规律,且等大裂纹的相互作用最为显著.在此基础上验证了在用含缺陷压力容器安全评定(GB/T19624-2004)中关于非共面的两相邻穿透裂纹合并条件的适用性.     

岩石裂纹演化过程中围压效应的数值模拟

应用岩石破裂过程分析程序分析了侧压对预制两个平行裂纹岩样中岩桥区裂纹的扩展、贯通和相互作用机制的影响,并对岩样。受载状态与其特征应力和峰值强度的关系进行了探讨,模拟结论与相关的实验结果相吻合。     

非均质岩桥对裂纹扩展贯通机制影响的数值分析

通过考虑岩石试样中预置三裂纹之间岩桥力学性质和非均匀程序，运用东北大学开发的ＲＦＰＡ＾２Ｄ系统，研究了不同性质岩桥中裂纹扩展相互作用模式脑其贯通机制，模拟结果与相关的实验研究表现较好的一致性。     

渗透压下岩石翼形裂纹应力强度因子及断裂判据

为研究渗透压下岩石翼形裂纹面部分闭合情况下的破坏行为,建立多裂纹间相互作用下压剪翼形裂纹的力学模型,推导得到岩石翼形裂纹尖端应力强度因子表达式.分析不同起裂角条件下,应力强度因子随岩石翼裂纹长度的变化规律,并对参数进行敏感性分析.基于摩尔-库伦准则,推导考虑裂纹间相互作用的部分闭合型裂纹的断裂韧度表达式,得到岩石在压剪应力作用下Ⅰ,Ⅱ型裂纹的复合断裂判据.分析结果表明:裂纹间相互作用对应力强度因子的影响效果显著;应力强度因子在起裂角为65°左右时达到最大;应力强度因子对裂纹起裂角和翼形裂纹长度较敏感,对裂纹闭合度的敏感性较小.     

有限元与离散元混合法在裂纹扩展中的应用

基于有限元与离散元混合方法研究裂纹扩展模拟问题。对含原生裂纹的结构进行单元离散,用有限元计算单元内部,采用离散元计算单元界面,通过单元连接形式的转变实现连续到非连续的转化;采用平面半弹簧法进行接触判断,通过显示迭代求解运动方程,不断更新单元坐标,实现裂纹扩展的数值模拟。以单裂纹与雁形裂纹在单向位移载荷作用下的扩展为例,对比数模结果与试验结果。结果表明:采用有限元与离散元混合方法可有效模拟单、多裂纹的扩展过程;岩桥为90°的雁形裂纹受对向挤压载荷作用发生翼裂-翼裂贯通。     

两条等长共线裂纹尖端塑性区扩展理论研究

采用Kachanov法基本思想求解2条等长共线裂纹相互作用下裂纹的应力强度因子,分别基于Mises屈服准则和D-P屈服准则推导了裂纹尖端塑性区半径的表达式,并求得裂纹相互作用下塑性区半径的扩大倍数,其值为2条裂纹相互作用下的应力强度因子与单裂纹状态下应力强度因子比值的平方。在此基础上,分析了裂纹间距对塑性区扩展的影响。研究发现,同一裂纹倾角下裂纹间距与裂纹长度比值越小,2条裂纹尖端的塑性区半径越大,裂纹尖端塑性区扩展速度越快,直至塑性区发生接触,且不同的裂纹倾角,裂纹尖端塑性区发生接触的条件不同。     

长度单位对界面裂纹与界面下裂纹干涉的影响

研究了长度单位的选取对界面裂纹与界面下裂纹干涉的影响。对于一条在远场载荷作用下的界面裂纹及其附近的界面下裂纹,采用伪力法计算了不同长度单位时无量纲化的应力强度因子和能量释放率。研究结果表明：对于具有与长度单位有关的振荡性的物理量,无量纲化不能保证其与长度单位的选取无关;对于不具有任何振荡性的物理量,无量纲化可以保证其与任何物理单位的选取无关。     

压力容器内外交错分布裂纹的相互作用分析

压力容器在制造、安装以及使用过程中都有可能产生裂纹,这些表面裂纹会随着容器的使用而发生扩展甚至破裂,严重影响了压力容器的使用安全性。因此开展了对压力容器内外壁表面裂纹相互作用的研究。通过使用ANSYS有限元分析软件,建立内压作用下含裂纹压力容器模型,分析了不同倾角以及交错角情况下裂纹应力强度因子的变化规律。发现单裂纹应力强度因子随倾角的增大而减小;内外壁双裂纹的相互影响作用随交错角的增大而减小。研究对含角度双裂纹相互作用下的失效评定具有一定的意义。     

管道承压能力逆转原因探讨

比较了金属材料中短裂纹与长裂纹的扩展差异,短裂纹的扩展表现为裂纹的群体行为,短裂纹不仅会在应力作用下发生扩展,而且裂纹之间还有相互作用,相邻裂纹会在扩展的基础上发生合并,形成主导裂纹,而长裂纹的扩展表现为裂纹的个体行为。管道在制造、运输、敷设过程中产生的裂纹和缺陷是产生“承压能力逆转”的原因。用断裂力学中裂纹扩展的原理分析和研究了管道产生“承压能力逆转”的过程,并提出了相应的防范措施。     

基于相互作用积分方法的裂纹扩展分析

使用传统有限元方法对裂纹扩展问题进行分析时,裂尖奇异性是首先必须要面对的问题,其次裂纹扩展的方向、长度与模型的网格密切相关.本文通过建立一个不完全依赖于网格的模型来分析裂纹扩展问题,利用相互作用积分方法来求解裂尖参数,积分方法可以一定程度上消除奇异性影响,从而避免了裂纹尖端的奇异性对网格划分的苛刻要求.采用相互作用积分法则求解裂纹尖端的应力强度因子,由最大周向拉应力理论来判断裂纹的扩展方向.模拟裂纹扩展的过程中,只对涉及扩展区域的网格进行重新剖分来获得最终的扩展路径以保证计算的精度.最后通过I型裂纹扩展、带孔板裂纹扩展及受压裂纹扩展等几个典型算例与参考文献进行对比,证实了本文方法具有良好的可靠性,并展示了在多种破坏模式下方法的适用性.     

大体积混凝土结构裂缝及其防治

介绍了大体积混凝土的含义及产生裂缝的原因，推导出在不同的条件下，大体积混凝土结构的温度应力和裂缝间距的计算公式。由此，讨论了在不同的温度条件下的应力状态和温度裂缝的分类，并提出了防治大体积混凝土结构裂缝出现的有效措施。