采用俞茂宏统一强度理论求解圆筒和球壳的极限值

使用俞茂宏统一强度理论,获得了薄壁圆筒的弹性极限压强和最小壁厚,并根据钢管与核心混凝土的横截面面积,求解了厚壁圆筒的纵向极限承载能力;按照俞茂宏统一强度理论,得到了球壳的弹性极限压强和最小壁厚。计算表明:对于薄壁圆筒,其弹性极限压强随中间主应力系数的增大而增大;当中间主应力系数很小时,弹性极限压强随拉压强度比的增大而略微减小,而当中间主应力系数较大时,弹性极限压强随拉压强度比的增大而增大;最小壁厚随中间主应力系数的增大而减小;当中间主应力系数很小时,最小壁厚随拉压强度比的增大仅有微小的增大,而当中间主应力系数较大时,最小壁厚随拉压强度比的增大而减小。对于厚壁圆筒,增加中间主应力系数或套箍指标都将提高其纵向极限承载能力;当中间主应力系数较小时,纵向极限承载能力随拉压强度比的增大而减小,而当中间主应力系数较大时,纵向极限承载能力随拉压强度比的增大而增大;塑性极限内压强随径厚比的增大而逐渐降低。对于球壳,其弹性极限压强随拉压强度比的增大而减小,最小壁厚随拉压强度比的增大而增大。     

基于三剪统一强度准则的厚壁圆筒极限承压分析

基于三剪统一强度准则分析了长厚壁圆筒的极限承压问题,得到了一个新的统一解形式,以往基于Mohr-Coulomb强度准则、Tresca屈服准则和Von Mises屈服准则的解均为其特例.分析表明,厚壁圆筒材料的拉压屈服极限比a和强度准则的中间主应力效应参数对其承压极限均有影响.弹性极限内压和塑性极限内压均随b增大而增大,随a增大而减小;弹性极限外压和塑性极限外压则与之相反.     

圆中空夹层钢管混凝土短柱的承载力

针对圆中空夹层钢管混凝土轴压短柱的极限承载力,应用薄壁圆筒的统一强度理论极限解,考虑内圆与外圆中空夹层钢管混凝土的内外钢管薄壁效应,提出了计算公式,与文献资料的试验结果做了比较.同时分析了钢管的径厚比、拉压强度比以及中间主应力对圆中空夹层钢管混凝土柱承载力的影响规律.结果表明:把内外钢管看成薄壁圆筒,推导的极限承载力计算公式的计算值与试验值误差小;极限承载力随着径厚比及拉压强度比的增大而减小,随中间主应力的增大而增大.     

考虑应变软化厚壁圆筒受外压作用统一极限解

为了解混凝土或岩石类材料厚壁圆筒受外压作用的承载特性,根据俞茂宏的统一强度理论,考虑材料的应变软化特性,得到了适合应变软化材料的统一强度准则,并据此推导出了混凝土或岩石类材料厚壁圆筒受外压作用的弹性与塑性极限荷载公式.还详细讨论了厚壁圆筒外半径与内半径比、反映中间主剪应力作用以及相应面上的正应力作用对材料破坏影响程度的系数、材料的拉压强度比以及损伤参量等对圆筒极限荷载的影响,得到了一些可供工程设计参考的重要结果.     

统一强度理论下小净距隧道围岩塑性区新解

将小净距隧道中岩柱塑性区不重叠的极限塑性区半径定义为塑性区贯穿半径,考虑中间主应力的影响,采用统一强度准则和Schwarz交替法,对小净距隧道的弹塑性状态进行分析,推导小净距隧道塑性区半径的解析表达式.通过算例,分析中间主应力、内摩擦角和黏聚力对理论解的影响.结果表明:当两隧道净距大于2.3倍的开挖半径时,两隧道之间的相互作用较小,塑性区半径趋于一个稳定值,稳定值比单孔隧道塑性区半径大17.7%,可近似按照单孔隧道进行处理;小净距隧的塑性区贯穿半径随着统一强度参数、内摩擦角和黏聚力的增大而减小;与同不考虑中间主应力作用相比,考虑中间主应力作用的塑性区贯穿半径减小9.19%~20.71%,充分发挥围岩的强度性能.     

大骨料混凝土动态双轴拉压强度试验研究

为了研究不同应变速率下混凝土双轴动态受力状态的力学性能,在大型静、动态三轴试验机上,对大骨料混凝土和湿筛混凝土试件进行了不同应变速率和应力比下的双轴动态拉压试验,系统研究了应变速率和应力比对混凝土双轴拉压强度的影响.试验结果表明:两种混凝土双轴拉压强度均低于单轴拉伸或单轴压缩强度,其变化规律不但与应力比有着密切的联系,还随应变速率的增大而增大.在主应力空间建立了考虑应变速率和应力比的混凝土双轴拉压破坏准则,为水工结构物的非线性分析提供了试验依据.     

深部岩体脆延转化特性与覆岩塑性极限状态研究

为了研究深部开采覆岩变形破坏规律,基于深部岩体的脆延转化特性,采用解析分析方法,对深部采场上覆岩层极限承载能力进行了研究。结果表明:深部岩体在拉应力超过弹性极限强度后表现出塑性软化特性,承载能力随拉应变的增大而降低;深部开采上覆岩层的变形破坏规律主要受弯矩支配;随着采煤工作面的推进,采空区长度逐渐增大,上覆岩层所受弯矩逐渐增加,拉应变逐渐增大,当局部拉应力达到弹性极限强度时岩层处于弹性极限状态;随着采煤工作面的继续推进,弯矩继续增加,拉应变继续增大,最终岩层达到塑性极限状态,弯矩达到塑性极限值,岩层失去承载能力而断裂。关键岩层达到塑性极限状态时,因断裂而释放大量变形能,诱发冲击地压等矿山动力灾害。     

基于统一强度理论S-D材料组合筒的弹塑性极限分析

基于双剪统一强度理论对由拉压强度不同材料构成的组合筒的最优过盈配合以及弹塑性极限问题进行了研究,得到了组合筒的接触压力及最优接触压力、最优过盈量以及弹、塑性极限计算公式．与经典弹塑性分析解不同,所得到的解考虑了材料拉压强度的不同以及中间主应力的影响,并包含了两个双剪统一强度理论参数．为了比较方便,还基于库仑-摩尔屈服准则对由拉压强度不同材料构成的组合筒的弹塑性极限进行了分析．讨论了基于双剪统一强度理论所得解与基于库仑一摩尔屈服准则所得解及其他经典强度理论解的关系,分析了材料拉压强度的不同以及中间主应力的影响．     

考虑应变软化纤维增强混凝土圆管极限荷载统一解

纤维增强混凝土通常通过在混凝土中掺入少量的钢纤维、合成纤维等制成，能有效地改善混凝土的抗拉、抗弯性能，近年来纤维增强混凝土越来越多地应用到厚壁圆筒的制造中．由于Mohr-Coulomb、Mises、Tresca等屈服准则只适合拉、压强度相等的金属类材料，不适用于纤维混凝土，因此本文在讨论纤维增强混凝土软化特性的基础上，基于俞茂宏提出的能考虑中间主应力影响的统一强度理论和材料应变软化特性，得到了适合应变软化材料的统一强度准则，分析了受内压作用纤维增强混凝土厚壁圆管的受力特性，导出了其弹性与塑性极限荷载统一解形式．利用此解，可以很容易得到具有应变软化特性的各种拉、压强度不等材料以及不同纤维增强混凝土材料的厚壁圆管极限荷载解，同时，由于此解既考虑了材料的软化特性的影响又考虑了中间主应力的影响，因此它更符合实际情况。     

基于三参数强度准则的高强混凝土井壁力学特性分析

为了分析高强混凝土井壁的力学特性,采用三参数强度准则推导出了高强混凝土立井井壁极限承载力理论解以及弹性区和塑性区应力与半径和荷载之间的解析表达式,并对计算结果进行了实验的验证。计算分析表明:在弹性区,高强混凝土井壁径向压应力σr随半径r的增大而增大,环向压应力σθ随半径r的增大而减少;在塑性区,径向压应力σr和环向压应力σθ均随半径r的增大而增大。当井壁内半径为4.0 m、厚度为1.0 m、混凝土强度等级为C60时,井壁极限承载力为22.87 MPa,井壁厚度每增加0.1 m,井壁极限承载力增加2.8 MPa左右。同时,混凝土井壁的环向压应力σθ达到164.38 MPa,是混凝土立方体单轴抗压强度的2.7倍左右,表明考虑了混凝土多轴强度影响的三参数强度准则更适用于高强混凝土井壁力学特性分析,为高强混凝土井壁结构的设计计算提供了的理论参考。     

考虑拉压模量及主应力顺序的隧洞应力解析解

针对圆形水工隧洞,采用统一强度理论和弹脆塑性模型,考虑了不同工况下主应力顺序变化、不同拉压模量、中主应力以及软化等因素的综合影响,推导了圆形水工隧洞问题弹塑性解答,探讨了不同拉压模量比、中主应力等对隧洞临界压力以及极限压力的影响。算例分析结果表明,对于圆形水工隧洞应正确考虑不同工况下第一主应力的变化,且应重视拉压模量差异的影响,传统的压力隧洞弹塑性解答假定岩土体具有相同的拉压模量使得工程设计偏于保守,考虑拉压模量的不等可以更真实的反映岩土材料的力学特性,以期达到设计经济和安全。该结果为水工压力隧洞的弹塑性分析提供了理论依据,对工程设计具有一定参考价值。     

固支圆板在线性荷载作用下的极限解

采用统一强度理论,对线性荷载的两种不同分布形式作用下的固支圆板进行了弹塑性分析,分别得出了相应的统一解形式以及统一强度理论参数b和拉压强度比α对塑性极限的影响曲线.当α一定时,极限荷载随b的增大而增大;当b一定时,极限荷载随α的增大而减小.所给出的统一解具有普遍性,既可以适用于拉压强度不等的材料,也可以适用于拉压强度相等的材料.选择不同的参数b,可以得到一系列从单剪到双剪应力强度理论的极限荷栽,b=0和6=1分别为下限解和上限解.计算结果表明,应用统一强度理论可以得出更符合材料性质的极限荷载,可以更好地发挥材料的强度潜力,在工程应用中取得显著的经济效益.     

地铁行车荷载作用下粉质黏土累积塑性应变特性

目的研究地铁行车荷载作用下隧道周围土体变形特性,为城市地下轨道交通工程设计、施工及运营期间的安全稳定评价提供参考.方法通过室内动三轴试验,探索地铁行车荷载作用下粉质黏土累积塑性应变发展规律,在此基础上,利用数理统计知识计算各因素及因素之间的耦合作用对累积塑性应变的影响率.结果在相同试验条件下,累积塑性应变随围压增大而减小,随固结比增大而减小,随动应力幅值增大而增大,随频率增大而减小,随振动次数增大而增大.结论单因素中动应力幅值对累积塑性应变的影响最大,其次是围压和频率,最后是振动次数;围压与振动次数、频率与振动次数之间的耦合作用对累积塑性应变的影响可忽略不计;因素之间的耦合作用在一定条件下比单因素对累积塑性应变的影响效果要显著.     

基于双剪统一强度理论的厚壁圆筒的弹塑性分析

从统一强度理论出发,考虑材料拉压屈服极限比和中间主应力这两个因素对材料屈服的影响,推导了在内压作用下厚壁圆筒从弹性状态到弹塑性状态过程中厚壁圆筒的弹性极限压力和塑性极限压力.在这两个表达式中,当系数取不同值时,就能得到按Tresca屈服准则、Mises屈服准则、双剪应力屈服准则、摩尔屈服准则进行计算的结果.运用双剪统一强度理论可以更好地发挥材料的强度潜力,取得更大的经济效益.     

缺陷形状对金属板极限应变影响的研究

在研究板料的极限应变时,提出了一种新的初始几何缺陷模型——椭圆缺陷模型。用大变形弹塑性有限元法,按大变形J_2塑性流动理论,大变开J_2塑性变形理论分析了具有不同长短半轴椭圆缺陷模型,标准的M-K缺陷模型,圆形缺陷模型对双向受拉金属板极限应变的影响。分析结果表明,椭圆缺陷对双向受拉金属板极限应变的影响与椭圆的长短半轴比及椭圆区板厚有关。根据圆形缺陷模型算出的极限应变值是上限,根据标准的M-K缺陷模型算出的极限应变值是下限。圆形缺陷模型和标准的M-K缺陷模型是椭圆缺陷模型的特殊情况。分析还表明,大变形J_2塑性流动理论对缺陷比大变形J_2塑性变形理论更敏感。分析时,假定双向受拉金属板处于平面应力状态,在弹性、塑性状态下都是体积不可压缩的。     

不同模量石墨简支梁的弹塑性分析及试验研究

石墨烯是一种强度最大、具有拉压不同弹性模量的材料.石墨是石墨烯的原材料,由于其良好的耐辐照性能,广泛地应用于国防核工业,研究石墨的不同模量力学特性正在成为一种新的研究趋向.实验测试了MSL82型号石墨的力学行为,证明并得到石墨材料的拉压不同模量比值.同时建立了不同模量弯曲梁的弹塑性分析理论模型.通过与测试数据的比较,验证了模型的准确性.研究表明:不同模量石墨梁在弹性阶段,中性轴的位置偏向下方受压侧,但不随荷载变化;拉压模量比对截面的应力分布影响很大,减小拉压模量比,可减小最大拉应力;而增大拉压模量比,则可以减小最大压应力.进入塑性阶段后,随着外荷载的增加,中性层的位置上升,最终的位置由拉压屈服极限的比值决定;随着截面的塑性发展,拉压模量比对截面应力分布的影响逐步减小,但对应变的影响仍然较大.因此,可通过改变拉压模量比来控制截面的最大拉压应变.     

拉压强度不同材料矩形截面梁几何中轴的曲率方程

将材料本构关系简化成拉压屈服极限不同的理想弹塑性模型,推导了矩形横截面梁在完全弹性状态、单侧塑性状态及双侧塑性状态下依赖于压拉屈服极限比的几何中轴的曲率方程.并将其应用于悬臂梁的变形及各阶段极限荷载的分析,最后利用所得的解研究了材料压拉强度差效应对矩形截面梁塑性极限弯矩的影响.结果表明,考虑材料压拉强度差效应时梁的塑性极限弯矩将明显提高.     

围压对锦屏深埋大理岩力学特性影响研究

岩石力学特性是正确评价工程岩体稳定性的基础.通过三轴压缩试验,研究了围压对锦屏深埋大理岩弹性模量、泊松比、临界破裂条件和剪胀角的影响规律,提出了弹塑脆性力学模型.结果表明:(1)大理岩弹性模量和泊松比均随围压呈指数增大规律,而剪胀角随围压增大呈指数减小规律;(2)岩石强度达到弹性极限后表现出近似理想塑性承载特性,当其塑性剪应变达到临界条件时产生脆性破坏,且临界塑性剪应变亦随围岩呈指数增大;(3)基于Mohr-Coulomb(M-C)强度准则的峰值强度和残余强度随围压增大而增大,当围压为73.95MPa时两者理论上相等,符合锦屏深埋大理岩脆-延转换特性.基于大理岩弹性和强度参数演变规律的全应力-应变曲线与三轴试验结果具有良好的一致性,可为类似工程岩体稳定性分析和支护结构优化设计提供依据.     

树状结构空间四分叉铸钢节点抗弯极限承载力分析

用ANSYS有限元分析方法分析了树状结构空间四分叉铸钢节点在弯矩作用下的塑性区扩展过程及几何因素对抗弯极限承载力的影响,并在此基础上拟合出该类节点的抗弯极限承载力公式.结果表明:在弯矩作用下,节点首先在相邻分管相交界限处进入塑性,此后分管受拉较大一侧靠近节点核心区的部位进入塑性,两处塑性区随荷载增大而扩展,最终相互连接,节点核心区屈服,达到承载力极限;主分管之间夹角对节点抗弯极限承载力的影响不大,但主管径厚比对节点抗弯极限承载力的影响较大;节点承载力随分管与主管壁厚比的增大呈近乎线性增大;节点抗弯极限承载力随分管与主管外径比的增大而增大;承载力随主分管倒角半径的增大而增大,随分管外壁倒角半径的增大而增大,随分管内壁倒角半径的增大而先增大后减小.     

射孔套管剩余抗挤能力分析

套管射孔后其抗挤能力将有所降低。建立了射孔段套管弹性抗挤性能分析控制的一般方程,并利用摄动理论给出了射孔套管弹性抗挤能力系数的一般计算公式。利用弹塑性有限元方法确定了孔口附近塑性区随射孔套管的外压增加的变化规律,并给出了确定射孔套管抗挤能力的计算方法。研究结果表明,孔眼附近的应力集中所引起的塑性区的存在,明显影响了射孔套管的抗挤强度。与弹性分析结果比较,弹塑性分析结果更接近实验值。孔眼的形状对射孔套管抗挤能力有直接影响。长轴在环向的椭圆形孔眼的套管抗挤能力降低得最少,方形孔眼的降低得最多。在孔眼形状相同的情况下,孔眼面积增大,射孔套管的抗挤能力降低。当射孔密度小于20孔／m时,无论采用何种布孔方式,除方形孔眼外,套管抗挤能力的降低均不会超过4％;大于20孔／m时,射孔参数对套管抗挤能力的影响明显增加。