材料非线性接缝模型

针对在水利土木大型混凝土结构工程中 ,新旧混凝土及岩体与混凝土的交界面对结构的安全有重大影响的问题 ,提出一种材料非线性的接缝数值模型。该模型可以模拟大型混凝土结构工程中不考虑法向粘结作用的交界面。在该模型中 ,同时考虑了缝面在法向和切向方向的材料非线性 ,接缝张开时 ,缝面不传压不传剪不传拉 ;接缝闭合时 ,缝面传压传剪不传拉。接缝的切向刚度除了和切向应变相关以外 ,还与缝面的法向压应力相关 ,压应力越大 ,切向刚度越大 ,但也不能无限增大。该模型已经成功地应用于三峡水利工程中的永久船闸闸室边墙衬砌锚固力的优化研究之中并得到令人信服的结果 ,提高了非线性混凝土结构仿真结果的可靠性与置信度     

页岩压裂剪切裂缝形成条件及其导流能力研究

页岩气藏清水压裂形成的缝网中存在大量非支撑剂充填裂缝,粗糙裂缝面的剪切错位是其主要的导流机理。理论分析了剪切裂缝形成条件及裂缝错位程度,并通过实验研究了缝面错位程度和粗糙度对导流能力的影响。理论分析表明,水力裂缝诱导天然裂缝发生剪切滑移的条件是裂缝内净压力超过地层水平主应力差。高应力差、低杨氏模量和低泊松比地层中的天然裂缝易形成较大的错位程度。在压剪闭合状态下形成最大错位的有利天然裂缝角度是arccotKf/2。实验结果表明,页岩裂缝发生滑移错位,导流能力可提高2个数量级以上;但错位程度的影响存在随机性。粗糙度较大的裂缝更易形成高导流能力,但没有绝对的相关性,粗糙度对剪切裂缝导流能力仅在低闭合应力条件下影响显著。软页岩缝面凸起易破碎,粗糙度相近情况下软页岩错位裂缝的导流能力可比硬页岩的低一个数量级以上。     

水压作用下岩体裂隙压剪起裂准则

为深入研究裂隙闭合与非闭合2种情况下裂隙水导致岩体压剪断裂机理,建立相应的压剪起裂准则。首先,研究初始地应力及裂隙水压作用下的非闭合裂隙尖端应力强度因子及起裂准则,并讨论压剪系数和水压对裂隙压剪起裂应力的影响;其次,研究闭合裂隙压剪破坏机理,并讨论裂隙尖端相对临界尺寸和裂隙面摩擦因数对临界水压(裂隙起裂时的水压)的影响;最后,采用室内试验及现场测试结果对上述两类准则的合理性进行验证。研究结果表明：非闭合裂隙尖端应力强度因子K_Ⅰ应为裂隙面上法向压应力引起的K₍Ⅰ(N))及平行于裂隙面的横向压应力引起的K₍Ⅰ(T))之和,且其起裂模式多为压剪起裂;基于周群力等提出的经验压剪断裂准则,提出相应的非闭合裂隙压剪起裂准则;随着压剪系数增加,起裂应力分别呈非线性增加;随着水压增加,起裂应力呈非线性减小。在水压作用下,闭合裂隙压剪起裂模式往往为拉伸起裂,且裂隙尖端的K_Ⅰ≡0,由此提出了考虑裂隙尖端T应力的修正最大周向应力准则;随着裂隙尖端相对临界尺寸增加,临界水压呈线性减小;随着裂隙面摩擦因数增加,临界水压呈非线...     

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.     

裂缝在压剪条件下的应力场和扩展能

用无缝宽的光测模型试验和位移不连续边界无法研究了压剪条件下缝面和缝端的能量分配和敏感性。试验和计算表明压剪裂纹在缝端存在强烈的应力集中区,属于断裂问题,应由韧性判别,由实验得到的应力场和计算应力场在整体上很相近,但在缝端相差较大,压剪缝延伸可用离缝端一定距离的应力当量韧性来判断。     

平面载荷作用下小型砼空心砌块砌体的破坏机理

在平面荷载作用下,小型砼空心砌块砌体的破坏分为三个简单模式:砌体内的灰缝滑移,砌块和灰缝开裂,以及砌体沿中面散裂·对每一种破坏模式提出了一相应的破坏准则,并且滑移与摩擦有关,表明了抗剪强度与正应力之间存在非线性关系,修正了MohrCoulomb本构关系;还说明了开裂与最大拉应变有关,散裂与最大压应力有关,并阐述了砌块砌体的破坏机理·     

AZ91铸造镁合金屈服行为的实验研究

在室温下,通过压剪试件(SCS)法对AZ91铸造镁合金进行不同加载速率下(4.8、48、480 mm/min)的复合压剪实验,研究AZ91铸造镁合金复杂应力状态下的力学行为。结合单轴拉伸实验、单轴压缩实验和"帽型"试件剪切实验的结果,得到AZ91铸造镁合金的实验初始屈服面。通过实验,以及实验屈服面、Ellipse准则理论屈服面和极限应变能强度理论(LESET)屈服面的比较,可以发现:在研究的应变速率范围内(0.01~1 s-1),AZ91铸造镁合金弹性阶段具有明显的应变率负敏感性,初始屈服强度随着应变速率的增大而减小;Ellipse准则对AZ91镁合金屈服的判定优于LESET,可以比较准确地描述AZ91铸造镁合金在复合压剪应力状态下的屈服行为;由实验屈服面和Ellipse准则理论屈服面可以初步判断,正应力对AZ91铸造镁合金的屈服具有促进作用,而静水压力对其有抑制作用。     

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。     

考虑孔隙压力影响的碳酸盐岩裂缝成因模式研究

通过三轴压缩实验研究了在不同围压和孔隙压力下碳酸盐岩破裂方式及裂缝分布形态。在设定的加载方式下,针对某异常高压油田碳酸盐岩实验结果表明:岩石在压缩导致破裂的过程中,破裂方式主要与有效应力有关;随着有效围压的增大,岩石逐渐由脆性变形转化为塑性变形。对三轴压缩实验后的岩心磨制了薄片,从微观上分析裂缝成因模式。随着有效围压的增大,裂缝类型分别为劈裂面、高角度缝、共轭剪切缝、高密度网状缝。     

AZ91铸造镁合金屈服行为实验研究

摘要：在室温下,本文通过压剪试件（SCS）法对AZ91铸造镁合金进行不同加载速率下（4.8/48/480mm/min）的复合压剪实验,对AZ91铸造镁合金复杂应力状态下的力学行为进行研究。再结合单轴拉伸实验、单轴压缩实验和“帽型”试件剪切实验的结果,得到AZ91铸造镁合金的实验初始屈服面。通过实验,以及实验屈服面、Ellipse准则理论屈服面和极限应变能强度理论（LESET）屈服面的比较,可以发现：在本文研究的应变速率范围内（0.01～1s-1）,AZ91铸造镁合金弹性阶段具有明显的应变率负敏感性,初始屈服强度随着应变速率的增大而减小;Ellipse准则对AZ91镁合金屈服的判定优于LESET,可以比较准确的描述AZ91铸造镁合金在复合压剪应力状态下的屈服行为;由实验屈服面和Ellipse准则理论屈服面可以初步判断,正应力对AZ91铸造镁合金的屈服具有促进作用,而静水压力对其有抑制作用。     

温度载荷对固体火箭发动机药柱表面裂纹稳定性影响

为了探讨环境温度对固体火箭发动机点火发射时药柱内表面裂纹稳定性的影响,以翼锥-过渡伞盘-圆柱组合药型的发动机为例,采用三维有限元方法,在发动机药柱的危险截面上沿危险方向预设裂纹,在裂纹尖端构建奇异三维裂纹元,计算在不同环境温度下点火发射时裂纹的应力强度因子。结果表明,药柱表面裂纹在伞盘顶端和圆柱段表面不会以张开方式扩展,伞盘顶端裂纹不会以滑开方式扩展,圆柱中段表面裂纹除低温外,在高温和常温点火发射时均自动止裂;伞盘裂纹若扩展将以撕开方式失稳扩展,低温较高温点火发射危险,圆柱中段表面裂纹可能以撕开方式扩展,高温较低温更为危险。     

反射裂缝对路面力学状态影响分析

为了研究反射裂缝对沥青路面力学状态的影响,应用有限元软件ABAQUS建立了含反射裂缝和不含裂缝的路面模型,分析了裂缝出现前后在选取点的应力S11与剪应力S12的变化情况.计算表明:反射裂缝的出现对下面层底部应力S11、剪应力S12产生的影响最大,应力S11增大幅度达到82.96%,剪应力S12由几乎为零增大到43.94kPa;裂缝的出现对路面表面与上面层底部的剪应力S12影响较大,增大幅度分别为46.7%和37%;裂缝的出现对中面层、上基层和下基层底部的应力S11、剪应力S12以及路面表面和上面层底部的应力S11几乎没有影响.     

Study on the Propagation of Interface Crack of Young Concrete Lining and Rock Under Blasting Load

In the construction of water conservancy and hydropower project, young concrete lining structure is often affected by blasting load. Young concrete has a lot of micro-fractures with random distribution, which are easier to propagate and connect under blasting load. This paper focuses on the calculation on dynamic stress intensity factors of bond interface crack of concrete-rock according to concrete age. Result shows that different incidence angles of stress wave lead to different crack propagation mechanisms. Under the normal incidence of impact load, the bonding interface crack propagation of the concrete lining is mainly caused by reflection tensile stress, which forms from the free surface. With horizontal incidence of stress wave, the bond interface crack propagation of concrete lining is affected by concrete age. With the increase of concrete age, the elasticity modulus margin between concrete and rock decreases gradually, and the crack propagation form changes from shear failure to tensile damage.     

I型裂纹失稳扩展的临界力学条件

本文考虑了裂纹前端塑性区的影响,首次建立了I型裂纹在平面应力和平面应变条件下失稳扩展的能量解析式,并由变分法确定了裂纹的临界尺寸。结果表明,当 或 时,裂纹失稳扩展。讨论表明,裂纹扩展能量随着裂纹尺寸的增加而呈现出先增加后减少的趋势,在临界裂纹尺寸处取得最大值;平面应力条件下裂纹扩展能量高于平面应变条件下裂纹扩展能量;临界裂纹尺寸随外加应力和裂纹张开位移的增大而减少,且平面应力条件下临界裂纹尺寸比平面应变条件下临界裂纹尺寸大。     

脆性材料复合裂纹断裂判据研究

研究了混凝土等拉压强度不等的脆性材料在平面应力和平面应变情况下裂纹附近的塑性区的范围，并给出了相应的表达式；运用在一定外力作用下物体内等效应力作为断裂判据，推测含复合裂纹的脆性材料的裂纹扩展时的临界条件相扩展方向，计算了试件在6个不同裂纹角时断裂角的大小，其结果与最大周向正应力理论判据、最小应变能密度理论判据及实验结果比较，说明用最小等效应力作为含复合裂纹的脆性材料的裂纹断裂判据是可行的．     

含表面裂纹圆柱壳体的热力耦合效应

应用有限元方法对热-力耦合作用下含表面裂纹的圆柱壳体进行了分析计算,得到了局部加热条件下圆柱壳体结构的三维温度场以及热-力耦合作用下圆柱壳体结构三维断裂情况的数值模拟结果,所得结果说明温度升高使裂纹趋向闭合,这于实际情况是相符的.     

波浪载荷作用下海洋结构焊趾表面裂纹的应力强度因子计算

提出一种考虑波浪外载荷影响的应力强度因子计算方法,并通过与权威经验公式进行对比以验证其有效性;在不同的浪向、频率下对某半潜平台立柱与撑杆连接处肘板焊趾表面裂纹应力强度因子幅值进行计算.结果表明:由经验公式所得应力强度因子幅值与实际波浪载荷作用下的结果差别很大;可根据部分计算结果预测不同波浪载荷作用下不同尺寸裂纹的应力强度因子幅值.     

节理频度对类岩石介质裂纹扩展行为的影响

为研究节理频度对类岩石介质受冲击荷载作用时动态裂纹扩展行为的影响,借助新型数字激光动态焦散线实验系统进行了试验研究.结果表明:随着节理频度的增大,竖向裂纹起裂时的动态应力强度因子减小,但大于水平节理翼侧裂纹起裂时的应力强度因子;裂纹扩展至节理区域时,动态应力强度因子有一个交替震荡的过程,此过程持续时间随节理频度增大而延长;竖向裂纹从加载到起裂时间并不明显改变,但从起裂到试件贯通破坏的时间近似线性增长;竖向裂纹起裂后的速度随节理频度增大有所减小,但大于裂纹扩展通过节理区域后的速度.可见不同节理频度类岩石介质的裂纹扩展行为存在差异,为冲击荷载下岩石断裂破坏提供理论参考.     

弹性体裂纹扩展的数值模拟

采用位移不连续法（DDM）对裂纹的扩展进行了数值模拟,首先应用DDM求解了线弹性裂纹体的应力场,再采用最小二乘法确定应力强度因子并根据线弹性复合型断裂判据进行开裂判断,从而实现裂纹开裂的模拟,取得了与实验结果较吻合的数值计算结果,文中所用方法仅需在裂纹面上直接划分单元、对开裂部分直接追加单元来实现裂纹扩展过程的动态跟踪,其数值过程简便易行。     

焊接接头裂端塑性区发展与应力三轴性

采用有限元计算方法分析了平面应变条件下中心裂纹和三点弯曲不同强度匹配和裂纹深度试样中的裂端场．结果发现，焊接接头裂端应力三轴性随加载方式、裂纹长度及焊缝和母材匹配性质不同而变化，并从焊缝和母材塑性区发展及应变硬化方面进行了解释．同时指出，由于焊缝和母材塑性变形及交互作用导致的裂端韧带上拉应力的改变是不同接头中应力三轴性变化的根本原因