基于数字照相的砂土剪切变形模式的试验研究

利用自行研制的数字照相量测软件包Photolnfor和自行设计的大型剪切试验装置，在不同围压下，对砂土的剪切变形模式以及土体变形局部化的发生、发展和演变过程进行了全面观测．结果表明：砂土变形区域呈纺锤型，由多条曲线形大变形带和带间小变形区组成，不同围压下的剪切变形模式基本相近；土体最终形成的剪切带与初期发生的局部变形带并不完全重合；土体剪切变形可分为初期全域快速弹性变形、中期局部区域塑性变形与后期剪切带内集中塑性变形三个阶段．     

高强度钢正交切削过程中剪切变形局部化研究

通过正交切削实验对高强度钢30CrNi3MoV锯齿形切屑内剪切变形局部化的临界切削条件和绝热剪切带的分布规律以及微结构特征进行了研究．结果表明，因切屑剪切区内发生剪切变形局部化，在一定临界切削速度下切屑由带状屑转变为锯齿形切屑；对临界切削速度的理论预测和实验结果基本一致．随着切削速度的增加，剪切带的宽度和间距随之减小．在锯齿形切屑内发现两种剪切带即形变剪切带和白色剪切带．TEM观察表明，白色剪切带中心为等轴晶粒，剪切带内的组织结构经历了一系列复杂的演变过程．     

新疆胜利达坂金矿区金的成矿作用

认为新疆胜利达坂金矿区的金矿属韧性剪切带型金矿。成矿经历了４个阶段：①磁黄铁矿─毒砂─黄铁矿阶段；②黄铁矿─黄铜矿─毒砂─石英阶段；③金─多金属硫化物─石英─碳酸盐阶段；④黄铁矿─（金，银）─碳酸盐─石英阶段，它们与胜利达饭韧性剪切带走滑剪切期的演化密切相关。韧性剪切带内相对开放系统较相对封闭系统更有利于成矿，剪切带内强烈剪切变形的强应变地带是金活化迁移的主要通道，应力梯度变化大的地带是金沉淀成矿的有利场所。这一结论对区内找矿勘探具重要意义。     

均匀剪切流中粒子无规行走的分子动力学模拟研究

应用分子动力学模拟方法模拟了均匀剪切流,计算出不同均匀剪切流无规行走位移曲线,计算无规行走拟合曲线斜率。计算结果表明,在相同时间条件下,速度梯度越大,x轴方向无规行走曲线斜率增大,y轴z轴两个方向的无规行走曲线斜率越小。而同一剪切率下的y轴无规行走曲线与z轴无规行走曲线斜率的差别不大。在x轴方向分子无规行走位移的方均值与时间t的三次方成正比;在y轴、z轴方向分子无规行走的方均值与时间t成正比,分子扩散系数随着速度梯度增加而呈线性减小。     

基于k-ε模型的剪切流中湍流动能衰减规律研究

分别从理论推导和数值模拟的角度,分析了剪切流中湍流动能的衰减规律.通过简化湍流变量输运方程,采用Matlab求解了使用标准k-ε模型计算剪切流时湍动能在不同高度处的数值解,通过fluent数值模拟,验证了理论数值解,并与均匀流中的数值模拟结果进行对比,分析了在剪切流中入口湍流强度和湍流黏性比、来流速度梯度和输运方程扩散项等对湍流变量衰减的影响规律.结果表明:剪切流中存在湍流动能衰减;入口湍流强度对湍流变量输运方程生成项的影响较大,湍流黏性比对湍流变量输运方程生成项的影响较小;当入口湍流强度相同时,入口湍流黏性比越大,湍动能衰减的越快,来流速度梯度对湍动能衰减的影响越小;当入口湍流黏性比相同时,入口湍流强度越大,湍动能衰减的越慢,来流速度梯度对湍动能衰减的影响越大.     

软土的损伤对剪切带形成的影响

在软土各向异性弹塑性损伤模型的基础上,把小应变模型扩展到有限应变模型,推导出不排水平面应变条件下的剪切带形成条件,分析Ko固结状态下各向异性损伤对剪切带形成的影响,计算结果表明,损伤变量越大,越接近不稳定状态,垂直方向损伤对剪切带的影响比水平方向的强裂。     

短粗试样（矿柱）渐进破坏的围压效应

采用FLAC，在矿柱端面不存在水平摩擦力条件下，模拟了围压对矿柱渐进局部剪切破坏的影响。在弹性阶段，材料的本构关系为线弹性。峰值强度后的本构模型取为莫尔库仑剪破坏与拉破坏复合的应变软化模型。数值结果表明，随着围压的增加，矿柱的峰值强度、残余强度及应力降增加；剪切带图案变得不规则，对称性变差，发生塑性破坏的单元数量变少，被剪切带切割的块体尺寸及形状变得不规则；总软化区扩展率降低，因此，受到高围压作用的矿柱，不易发生失稳破坏。但在破坏前，前兆不明显；矿柱中部的均匀分布的水平及垂直应力增加，它们的分布具有某种相似性。在剪切带之外，垂直及水平应力均较高，这为剪切带沿其切线及法线扩展提供了所需要的、较高的应力梯度。应力分布的不均匀性，根源于矿柱发生了以多重剪切带为表现形式的局部剪切破坏。     

Winkler-Pasternak地基上四边受压FGM矩形板的自由振动与屈曲特性

基于经典薄板理论,利用广义Hamilton原理推导相应的控制微分方程并对方程进行无量纲化;采用微分变换法(DTM)计算不同边界条件下方程的前三阶无量纲固有频率和屈曲载荷,并将方程的求解退化为无地基功能梯度板和有地基普通材料板两种情形,将其DTM解与已有文献的解进行对比,结果一致,表明DTM的适用性和精确性;分析了边界条件、梯度指数、地基弹性刚度系数、地基剪切刚度系数、长宽比等因素对FGM矩形板无量纲固有频率以及临界屈曲载荷的影响.结果表明:在几种边界条件下,边界约束越强,无量纲固有频率越大;地基弹性刚度系数、地基剪切刚度系数、长宽比的增大也会导致无量纲固有频率增大;面内压载荷的增大会导致无量纲固有频率减小;长宽比越大,临界屈曲载荷越小;梯度指数越大临界屈曲载荷越小.     

用格子Boltzmann方法计算剪切流的方柱绕流问题

用格子Boltzmann方法计算来流为水平剪切流的方柱绕流问题, 得到了在不同速度梯度条件下方柱绕流的流线和等涡线图. 发现在圆柱尾部形成两排涡, 当来流速度梯度较大时, 两排涡有很大的不同. 计算结果表明, 用格子Boltzmann方法计算剪切流的方柱绕流问题是可行的, 计算结果与理论分析相符.     

改性剂对SBS改性沥青低温性能的影响

以动态剪切流变仪（dynamic shear rheometer）实测的玻璃化转变温度（Tg）为评价指标，针对同一种油源、不同标号的基质沥青，分析了改性剂结构和掺量对苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS）改性沥青低温性能的影响．结果表明，改性剂结构对SBS改性沥青的低温性能影响不大；而改性剂掺量对SBS改性沥青的低温性能有重要影响，这种影响受到基质沥青标号的限制，基质沥青的标号越大，掺量对低温性能的影响越大．     

岩土材料物质成分对峰后性能影响的力学模型

利用混合定律,对仅适用于均匀直径颗粒体材料的梯度塑性理论进行了修改。对多直径颗粒体材料的剪切带的分析表明,构成岩土材料的各组分尺寸及含量都对剪切带内部的局部塑性剪切应变分布及其宽度有影响。在三轴压缩条件下,得到了由多直径颗粒体材料构成的岩样的差应力-应变曲线的峰后斜率的表达式。该斜率受各组分的力学性质、几何性质、含量及剪切带倾角影响。将不同围压及不同超径颗粒含量条件下的实验结果和理论结果进行了比较,验证了理论模型的正确性。     

非共轴特性对岩土材料应变局部化行为影响的数值研究

岩土材料的各向异性特征使其在主应力旋转的加载条件下出现主应力和主塑性应变率不共轴的现象,而传统的塑性流动理论默认两者是共轴的,导致无法正确预测应变局部化分叉的开始。另外,基于经典连续体理论的传统本构模型在模拟应变局部化边值问题时,由于没有任何内部长度参数,导致无法反映剪切带的宽度及发展演化。为此,本文建立了一个基于微极理论的非共轴弹塑性本构模型,研究岩土材料非共轴特性对剪切带的萌生、宽度和演化的影响,并与基于经典连续体理论的结果进行比较。发现基于微极理论的非共轴弹塑性模型不仅能够准确预测剪切带的萌生,而且能够很好地描述非共轴特性对剪切带宽度的影响。     

Zr基与Ti基非晶合金的不同划痕变形行为

采用痕法研究了Zr47.9Ti0.3Ni3.1Cu39.3Al9.4与Ti40Zr25Be30Cr5两种非晶合金的塑性变特征,考查了载荷与痕速度对塑性变特征的影响.结果表明两种铸态非晶合金样品的剪切带表现出同的特征：Ti非晶合金在痕两侧剪切带现分枝特征,随着载荷和痕速度的增加,出现多重分枝和混乱分特征;而Zr非晶合金的剪切带特征以一次剪切带为主,随载荷和痕速度增加,剪切带特征向单一、平滑趋势转变.进一研究了弛豫对Zr非晶合金痕变特征的影响,发现弛豫使Zr非晶合金剪切带向分枝特征转变.从自由体积观点探讨了两种合金中同剪切带特征的和演制.     

基于离散元的南海软粘土剪切变形模拟

软粘土剪切变形是决定海洋构筑物、管线安全存在的重要因素,离散元能有效模拟粘土剪切变形。通过对南海神狐海域原状软粘土开展固结不排水三轴试验,得到离散元模拟所需宏观剪切强度参数指标;采用试错法调整细观参数使得双轴压缩模拟结果与室内试验相吻合,标定出一组适用于南海软粘土的细观参数组合。离散元模拟结果得到,在应变达到5.3%时,土体发生破坏,形成一条与X轴反方向为49°的剪切带;应变增加到10%时,倾角增大到57°。测量圆对剪切带内外的应变进行监测得到,剪切带内土体初始应变较大,在达到4%应变后不再继续发生变形;剪切带边缘区域,土体应变持续增大;剪切带外应变较小。一般的室内三轴试验无法得到剪切带内外土体应变变化定量数据,离散元模拟是对室内三轴试验的重要补充。     

岩石材料的剪切破坏特征

基于局部化剪切带不连续分叉理论，分析了轴对称压缩状态下岩石材料的剪切破坏特征。分析结果认为，岩石材料在压缩状态下的脆性破坏总是剪切破坏的，单轴压缩状态下的张破坏是剪切破坏的一种极限情形。剪切破坏的破裂角与岩石的应力状态有关，即随着围压的增加，其剪切带与试样径向的夹角逐步降低，但最终可能趋于一个常数。     

一种自适应RKPM方法在动态大变形计算中的验证及应用

从无网格方法中的插值误差出发,建立一种有效的误差估计模型,在高误差区运用基于全四边形背景积分网格顶点插值的节点加密方案,得到新点的位置坐标.将这些算法应用于无网格再生核质点方法RKPM中,对多孔弹塑性板材拉伸中的剪切带的形成进行了自适应无网格分析,并通过验证数值解精度的通用标准试验(benchmark test)方法验证了该算法的精度及可行性,计算结果表明该算法能大大提高计算精度,并能准确地捕捉到剪切带的分布.     

空冷贝氏体钢破片中绝热剪切带的微观形貌特征

利用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、原子力显微镜(AFM)等设备,研究了空冷贝氏体钢爆破圆筒破片中的绝热剪切带的微观形貌特征.实验结果表明:破片中绝热剪切带为白亮带,其形貌与基体组织有明显的区别,绝热剪切带上有分叉和裂纹;衍射证明绝热剪切带内组织为晶体结构,带内有位错胞和位错缠结;原子力显微镜观测表明绝热剪切带高于基体.     

Scale dependence of direct shear tests

Direct shear test has been widely used to measure the shear strength of soils and other particulate materials in industry because of its simplicity. However, the results can be dependent on the specimen size. The ASTM （American Society for Testing and Materials） publications suggest that for testing soils the shear box should be at least ten times the diameter of the largest particle and the height of the box should be no more than half of its diameter. These guidelines are empirically based. A series of two-dimensional numerical direct shear tests are performed to investigate this scaling effect. By analyzing the bulk friction, particle translation and rotation, percentage of sliding, average volume （area） and shear strain and the evolution of the shear band, we find that the traditional guidelines for direct shear tests are questionable. Scaling dependency of bulk friction on the property of granular materials is clearly present. Our current analysis points out that the scaling effects can vary significantly depending on the particle properties other than their sizes. Of all the parameters we observed, particle rotation appears to have a decisive correlation with the bulk friction. Formation of a shear band is universal. As the shearing progresses, particle rotation begins to concentrate near the shear plane. By defining the width of a shear band as the standard deviation of the distribution of translational gradient or the standard deviation of the distribution of particle rotation, quantitative evolutions of shear band are presented. Both measures of the shear band width dropped rapidly during pre-failure stage. After peak stress both measures begin to approach steady state as the bulk friction stabilizes to the residual stage. These observations suggest that structure formation inside the shear band controls the scaling effect.     

粗砂直剪试验与离散元细观机理分析

为了研究了粗砂的临界状态及临界状态下颗粒的运动规律,利用室内大型单剪试验设备以及颗粒流软件PFC2D,对粗砂进行了等体积条件下的单剪试验与数值模拟。室内试验结果表明,粗砂的临界状态摩擦角为36.4°~37.4°,在本次试验条件下,初始正应力、初始相对密实度对临界状态摩擦角基本无影响;数值模拟结果显示,发生较大速度、位移、旋转量的颗粒均位于剪切带范围内,剪切过程接近临界状态时,剪切带内的颗粒累计旋转量分布趋于稳定即在临界状态下,剪切带内颗粒的旋转量非常小;剪切带的宽度约为45倍的平均粒径。     

钢管爆炸条件下绝热剪切带的作用和精细结构

研究钢管在爆炸加载条件下绝势剪切带的作用,结果表明绝热剪切带是在钢管动态膨胀过程中形成的,并在钢管破碎时成为断裂的通道,充当“预制”的作用,并用透射电镜观察了破片内绝热剪切带的业有细结构,绝热剪切带中心是等轴晶组织,这是动态再结晶的结果,带内发生动态再结晶表明绝热温升已经很高,它的软化使其成为钢管破碎时的断裂通道。