复合岩石损伤本构方程与实验

大量沉积岩样的电镜与岩相微观研究表明,岩石是由含不同形态的晶体和孔隙构成,由此建立岩石微结构损伤模型。进而导出了各自损伤演化过程、力学参数、有效应力、不等围压等因素的多层复合岩石三维非线性损伤本构方程及损伤演化方程。实验结果表明,二者吻合良好。     

混合强化材料的损伤演化律及内时损伤本构方程

在Ｇｕｒｓｏｎ理论基础上，通过对空洞模型的分析，推导出各向同性／运动混合强化材料的损伤演化和弱化函数的表达式，并将其嵌入内时本构框架，得到了损伤弹塑性大变形内时本构方程。编制了相应的轴对称有限元分析程序，用其分析圆柱拉伸试件的颈缩，得到与实验较为吻合的结果。     

混凝土随机损伤本构关系

结合破坏力学和统计力学的思想,研究了基于损伤随机演化观点的混凝土本构关系和混凝土受拉损伤发展随机演化规律。根据混凝土微细观材料破坏的声发射试验,确定了混凝土微单元破坏应变的随机分布特征。通过对混凝土受拉试件细观物理机制抽分析,揭示了混凝土轴心受拉应力－应变关系中的应力跌落现象,并建立了跌落后的应力表达式。     

压剪耦合损伤演化方程在混凝土本构模型中的应用

将等效微孔洞体系的概念与有核长大模型的思想相结合,根据有关物理关系通过严格的数学推导,提出了一种脆性材料的压剪耦合损伤演化方程.将该演化方程应用于混凝土脆弹性损伤软化本构模型之中,通过对混凝土一维应力条件下的实验应力应变曲线的优化数值模拟确定了损伤演化方程中的材料参数.研究结果表明,应用含损伤的本构关系和该压剪耦合损伤演化方程能得到损伤随时间变化的曲线,该曲线与采用CT技术观测的混凝土内部微孔洞扩展图像和结果有较好的一致性.所提出的损伤演化方程揭示了脆性材料压剪耦合损伤发展的宏细观机制,为更好地分析计算混凝土的高速贯穿等问题奠定了基础.     

弹塑性损伤本构方程及计算

本文根据名义应力与有效应力之间的关系,导出了屈服函数在损伤情况下的表现形式。用加、卸载弹性参数的变化规律确定损伤变量的演化方程;用三次B样条函数对应力—应变全过程曲线进行分段拟合。最后,由文[12]中本构方程的一般关系式导出了各向同性弹塑性损伤材料本构方程的具体形式,并由所编有限元程序对文[1]中的实验结果进行了计算分析。     

混凝土宏观损伤本构研究进展

损伤本构关系的研究是混凝土力学性能研究的重要内容,从损伤本构关系确立的过程入手,给出了损伤变量的选取、损伤变量的演化规律及损伤模型的确立三方面内容。主要针对弹性、弹塑性本构模型分类进行阐述,对比各损伤本构模型的不同和优劣,总结了混凝土宏观损伤本构的研究进展,为混凝土宏观损伤本构关系研究提供思路。     

混凝土损伤类本构关系研究现状与进展

从弹性与弹塑性损伤、各向同性与各向异性损伤、静力与动力损伤、宏观唯象以及细观和微观损伤、局部化与非局部化损伤5个层面介绍了国内外在混凝土损伤类本构关系领域的研究历史和进展情况,并对涉及本构关系的损伤演化规律、本构数值方法、损伤物理机理等内容进行了讨论.从对比分析可以看出弹性以及各向同性损伤模型的构建简便、计算成本低,弹塑性损伤模型适于模拟不可恢复变形,各向异性和微、细观损伤模型能更客观而全面地描述混凝土非线性物理机制,非局部化损伤模型在模拟应变局部化现象以及克服网格依赖性方面具有优势等.通过分析各类模型的建立方法、基本特征、适用范围等,架构起空间多维视角的研究框架,揭示出该领域一些热点问题,并对其研究前景进行了展望.     

基于裂隙演化微分动力学机制的岩石损伤本构模型

为研究天然岩石内部不同形态裂隙的演化行为与岩石累计损伤程度之间的关系,运用唯象理论将岩石分为完整岩石微元体、闭合裂隙微元体和开口裂隙微元体3组分。基于生物群落生长逻辑建立岩石的裂隙演化微分动力学方程,并利用半解析方式求解岩石闭合裂隙与开口裂隙在受压状态下的演化表达式,实现压缩过程中岩石不同微元体之间转化关系的量化。其中开口裂隙演化曲线呈先下降后上升趋势,反映初始开口裂隙在压密阶段前后的变化规律,符合压密阶段非线性的应力-应变曲线关系。随后,以岩石裂隙演化解析表达式定义岩石压缩破坏的全局损伤变量,精准量化岩石在初始阶段、压密阶段、弹塑性阶段以及峰后阶段的全过程损伤程度,并提出基于上述裂隙演化机制和全局损伤变量的损伤本构模型。最后,基于微分方程理论推导、强度准则以及多目标优化等多种手段确定损伤本构模型参数,完成对岩石三组分初始比例以及3种裂隙转化因子的稳定求解,进而实现岩石压缩过程中的应力应变曲线仿真。研究结果表明：在煤岩及炭质泥岩的实例分析中,所建立的损伤本构模型能够较好表征不同岩石在不同围压下的应力应变特征及裂隙扩展规律,模型仿真结果与试验结果基本吻合。     

基于多尺度分析的混凝土随机损伤本构关系

通过多尺度能量积分与能量损伤表达建立宏-细观尺度之间的联系,即混凝土宏观尺度的损伤演化可以通过细观单元的分析获得.根据随机细观单元的数值分析结果,积分得到基本细观单元能量的演化,分别计算受拉与受剪损伤的演化曲线.建议了实用的损伤演化公式,并基于基本单元分析获得随机损伤发展参数的均值、标准差及其概率密度分布.混凝土宏观试验的模拟结果验证了多尺度随机损伤本构模型的正确性.     

岩石连续损伤统计本构模型

基于岩石微元强度概率分布理论，以Drucker-Prager破坏准则为统计分布变量，建立了理论的岩石损伤变量演化方程和三轴条件下岩石损伤弹性统计本构模型。利用任意条件下的三轴试验数据，用曲线拟合法和极值法求解了所建模型的参数，并用试验结果对所建模型进行了验证。模型计算结果与试验结果吻合较好，这说明用Drucker-Prager准则为统计分布变量建立的损伤模型能够较好地反映岩石内部缺陷分布和变形特征，表征岩石材料在弹性阶段的本构关系。     

岩石弹塑性损伤耦合本构模型

在不可逆热力学框架内，推导了岩石材料弹塑性损伤耦合的本构模型，该模型的参数均可由通常应力－应变关系曲线确定     

胆汁流变特性与分类及本构方程

本又系统地研究了肝胆汁和胆囊胆汁的流变特性。采集肝胆汁(T管肝胆汁)5l例223份,胆囊胆汁39例标本,包括急性、慢性、梗阻和非梗阻性的胆囊炎和胆石症胆汁。实验结果表明:肝胆汁粘度随胆道炎症减轻而减小,并趋于一定值;胆囊胆汁为非牛顿粘弹性流体,其流变特性与病理状态紧密相关。胆囊胆汁按其物理性状可分为三类。在实验基础上得到了几种胆汁的本构方程并提出了胆囊胆汁粘弹性模型—改良Maxwell模型。     

复合材料损伤与断裂力学研究

对纤维增强聚合物基复合材料进行了损伤与断裂力学分析,建立了材料的模型,采用基体横向裂纹的剪切迟滞分析获得较好的基体开裂的定量分析结果;采用边界配置法计算各向异性材料裂纹体的应力强度因子,建立裂纹的扩展判据,并对纤维断裂进行了弹性分析.针对玻璃纤维/酚醛复合材料层板进行了理论和实验分析,得到材质裂纹密度与刚度退化的相关曲线,实验结果验证了理论分析结果的正确性;得到应力强度因子S随裂纹尺度的变化曲线和对纤维断裂和脱胶引起的刚度退化的计算结果.     

节理岩体损伤与分形几何的关系

利用Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ方法模拟了岩体内的损伤节理分布，并从分形几何角度出发给予定量描述，由分形维数和节理方位定义损伤张量。     

岩石损伤的 CT 实验观测

用ＣＴ检测技术观测了砂岩的细观损伤特性，定量地分析了岩石细观损伤的分布规律：即损伤满足分形分布。     

基于双线性损伤本构的复合材料修理后强度数值分析方法

针对胶接挖补修理后复合材料结构的强度分析,建立了同时考虑复合材料和胶层损伤状态的三维有限元分析模型。采用混合型损伤内聚力模型模拟胶层的脱黏失效行为。建立基于损伤力学的复合材料三维双线性本构关系,量化损伤程度;并编写为有限元软件ABAQUS的材料子程序VUMAT。通过数值计算对结构强度和损伤过程进行预测。分析实例的计算结果与试验吻合得较好,验证了分析方法的有效性。     

温度和应变率对拉伸载荷下记忆合金本构关系的影响

用于高温Split Hopkinson Bar(SHB)试验的新型快速加热电炉，可在1min左右将试件加热至500度，最高可加热至1000度，且金属材料和非金属材料均可加热，在20－800度和0．00208－350s^-1范围内研究了温度和变率对拉伸载荷下铁基形状记忆合金本构关系的影响，结果表明，随着应变率提高，材料强度提高，延伸率降低，材料强度，延伸率及应变率敏感性随温度升高而降低。     

功能梯度复合靶冲击毁伤研究进展

综述了以金属复合靶板、陶瓷/金属复合靶板为代表的功能梯度复合靶在弹丸撞击作用下的抗侵彻性能、破坏模式和毁伤机理等的国内外研究现状。分理论研究、实验研究和数值模拟三方面,重点讨论了靶板材料、靶板层数、组合方式及弹头形状等因素对靶板抗侵彻性能的影响。同时,结合作者前期相关工作,指出了当前研究工作中存在的不足,并提出了有待进一步研究的问题。