三维无单元法模拟岩体裂纹扩展

针对岩体结构的复杂性,尤其是裂纹扩展这个岩土工程数值分析中的难点问题,采用无单元滑动最小二乘法来构造位移函数,该方法不需要划分网格,能较好地模拟岩体等介质中的裂纹传播,不仅可以保证计算精度和收敛性,而且可以减少计算难度.文中首先介绍了无单元法的基本思想和程序设计思路,重点推导了三维岩体的无单元计算公式和编制了三维无单元程序,计算了一坝体的位移和应力.     

基于XFEM的岩体卸荷过程裂纹起裂扩展规律研究

地下和边坡工程开挖常涉及岩体卸荷问题,采用ABAQUS软件中的扩展有限单元法(extended finite element method,XFEM)对开挖卸荷过程岩体内部裂纹的起裂扩展进行了模拟,通过计算裂纹尖端应力强度因子研究了其起裂特征,并探讨了起裂影响因素,通过记录裂纹扩展形态研究了其动态演化模式.结果表明,卸荷过程中卸荷速率越快,裂纹长度越长,倾角越大,其起裂越容易;并且裂纹面受到的正应力不断减小,剪应力不断增大,裂纹扩展主要由剪应力控制,这与理论分析结果一致.裂纹最终扩展演化形态也与物理试验相近,充分表明运用扩展有限单元法研究岩体裂纹问题的可靠性.     

岩体复合型裂纹的扩展规律Ⅰ.无水作用条件下

基于最大周向正应力理论 ,研究并给出了无水作用的复合型裂纹在不同应力状态下扩展的临界应力强度因子和扩展方向角。结果表明 ,①Ⅰ型裂纹将沿裂纹面延伸方向扩展而无分支裂纹 ,Ⅱ型裂纹沿与原裂纹面成 70 5°延伸方向扩展 ;②单轴拉伸应力状态下裂纹面有逐渐向垂直于荷载方向上扩展 ,而单轴压缩应力状态下裂纹面有逐渐平行于荷载方向上扩展 ;③双轴应力状态下 ,裂纹扩展方向不仅取决于原裂纹的倾角 ,而且与所受应力状态及σ3 σ1 有关。     

瞬态温度场的新解法

应用障碍迭代法在实数子空间求解瞬态温度场，从根本上消除了违背传热规律的解，有效地抑制了解的振荡，提高了解的精度。     

无网格法在沥青路面瞬态温度场分析中的应用

为了提高沥青路面温度场的计算精度,采用一种新方法——无网格法对其进行计算分析。根据传热学理论,基于变分原理推出了沥青路面瞬态温度场的无网格法计算公式,采用罚函数法处理本质边界条件。针对工程实例,编制无网格法程序,建立了数值计算模型并进行模拟分析。结果表明:无网格法计算结果与现场实测数据最大误差不超过2.6%,且小于有限元方法最大误差的3.5%。     

加锚节理岩体的无单元模型

锚杆支护技术是一项综合技术，其在岩土工程中发挥着越来越重要的作用。根据岩体结构的特点和无单元法的优点，把锚杆支护应用在节理岩体的无单元模型中，编制了相应加锚节理岩体的无单元程序，并给出了算例，计算结果表明，该模型是合理可行的。     

某重型汽车离合器的瞬态温度场分析

以某重型汽车离合器为研究对象,首先在SolidWorks里建立某重型汽车离合器的三维实体模型,而后在ANSYS软件里建立有限元模型,再确定载荷及边界条件,而后对其进行瞬态温度场分析,为进一步研究提供了依据并给设计人员的设计提供一定的指导思路。     

节理岩体的无单元模型

根据岩体结构特点，建立了节理岩体的无单元模型，编制了二维节理岩体的无单元程序，并给出了算例。计算结果表明，该模型是合理可行的。     

BMC固化温度场的瞬态分析

在ＢＭＣ（ＢｕｌｋＭｏｕｌｄｉｎｇＣｏｍｐｏｕｎｄ）注射成型中，材料在模腔内的热过程是影响制品质量和生产效率的关键因素，本文利用有限差分法建立制品在注射模腔固化阶段瞬态温度的计算模型，给出了不同时刻制品的温度分布和固化度分布，从而为注射工艺参数的制定提供了理论依据。     

基于人工神经网络的蜗轮瞬态温度场智能预报系统

通过蜗杆传动的传热学,摩擦学及啮合原理的耦合研究闻蜗轮瞬态温度场的数学模型,针对蜗轮齿面的几何特征和运动特征编制相应的有限元程序。在此基础上利用数值计算结果,建立了有限元模型的人工神经网络 瞬态温度场智能预报系统,为蜗轮齿面瞬态温度场的实时化分析提供必要手段。     

循环压缩荷载下岩石的疲劳裂纹扩展机制

通过有限元方法建立3种几何条件的岩石裂纹模型．考虑岩石裂纹面接触问题,对循环载荷作用下的裂纹萌‘生扩展进行分析．研究结果表明,裂尖区域在循环压缩载荷作用下的残余拉伸应力是导致裂纹扩展的重要因素．同时,还对不同裂尖几何在裂纹描述的合理性方面提出了一些看法．研究结果表明,裂纹在循环压缩载荷作用下的扩展能力是有限的、稳定的．     

初始裂隙几何要素对岩石裂隙扩展演化的影响

为了探求初始裂隙几何要素对岩石裂隙扩展演化的影响,采用岩石破裂过程RFPA数值分析系统,研究特定应力条件下裂隙长度、无偏置双裂隙的水平间距和竖直间距对裂隙演化的影响。通过大量的数值试验,再现裂隙的发展演化过程,获得了特定条件下裂隙发展演化的一般规律,并对岩块破坏形态进行了描述。所获得的理论成果,对于研究裂隙岩体在外界荷载作用下的裂隙扩展演化规律具有一定的参考价值。     

透明类岩石内蕴裂纹扩展变形试验研究

采用力学试验手段探究岩石受压情况下内部裂纹扩展贯通机理是了解岩石破坏失稳机制的重要手段。由于真实岩体内部裂纹无法直接观察其扩展过程,通过自行研制的透明类岩石材料在RMT-150B多功能全自动刚性岩石伺服试验机上进行单轴压缩力学试验,观察研究透明类岩石内部三维裂纹的扩展贯通机理。这一方法克服了真实岩体不透明的特点,更方便地观察岩体内部裂纹萌生扩展不同阶段的形状。通过对透明岩石内部布置不同长度和角度的裂隙,模拟不同长度和角度的原生节理裂隙对岩体破坏失稳的影响。研究结果表明:含预制裂纹的透明类岩石试件在压缩过程中三维裂纹的起裂扩展要比二维条件下复杂,大致经历了压密,弹性变形,裂纹扩展,脆性破坏四个阶段。含预制裂隙的试件其峰值强度和峰值轴向应变比完整试件均有明显降低,且预制裂隙的长度对峰值强度和峰值轴向应变的降低幅度有一定影响。试验成果无疑对分析真实岩体的破坏失稳机理有着重要的参考价值。     

岩体裂隙扩展过程的有限元仿真

利用1/4奇异元和动态网格调整技术,对岩体裂隙动态扩展过程给出了一较理想的自动跟踪方法。研制并调试完成了具有较强功能及实用性的岩体裂隙扩展过程的动态跟踪仿真程序RCPTP。该程序除能够跟踪仿真裂隙扩张过程以外,还考虑了多种工程因素(如开挖、支护等),能适应于复杂工程岩体结构的稳定性分析及变形特征超前预测。通过算例证明了本研究思想的正确性、有效性和实用性。     

含孔岩体破裂过程的无单元法数值模拟

根据岩体损伤程度对其渗透性和强度的影响,利用定义的损伤变量建立了应力-渗流-损伤的耦合分析模型.综合考虑应力、渗流、损伤之间的相互作用影响,模拟分析了含孔岩体在不同水压力作用下破裂的过程.分析表明,内水压力是促使裂纹扩展的一个重要因素,内水压力增加可以使原来停止扩展的裂纹重新扩展或者使原来闭合的裂纹重新张开,而且裂纹张开度的变化将导致裂纹内的渗流特性发生改变.     

瞬态热冲击下热电材料梁的温度场及热应力分析

基于热电材料特性,通过热电平衡方程和本构方程,得出热电材料梁瞬态模型的控制方程.采用分离变量法结合模型的初始条件和边界条件求出热电材料梁的非线性瞬态温度场,根据热应力理论分析求出瞬态热应力场,利用数学软件MATLAB给出了热电材料梁的呈抛物线分布的瞬态温度场和瞬态热应力场的特性曲线,研究了热冲击载荷下的热电材料梁在热电耦合环境中的热应力分析.讨论了不同时刻温度场和应力场随厚度的变化,以及对比p型和n型Bi₂Te₃热电材料梁热应力特性曲线.结果表明:瞬态温度场受其瞬态项的影响随厚度增加有增有减;瞬态温度场和瞬态热应力场随时间的增加最终趋于稳态不再随时间变化;趋于稳态后的Bi₂Te₃热电材料梁的热应力最值大于瞬态下的热应力最值;p型Bi₂Te₃热电材料梁的热应力总是大于n型Bi₂Te₃热电材料梁的热应力.     

冻结温度影响下岩石细观损伤演化CT扫描

岩石冻融过程的细观损伤研究是近年来冻融损伤研究的一个新方向。岩石中的水分一般含有各种盐分,而盐分的存在降低了水的冰点,同时岩石本身的结构构造和力学性能也有差异性,这就使岩石冻结问题更为复杂。采用3种不同岩样,首先使其饱水,然后将其分别降低到0℃,-10℃和-20℃,利用CT扫描实验技术,研究了不同冻结温度条件下岩石内部的细观损伤扩展机理、水分迁移、冰的形成及其损伤结构的变化。利用区段划分和区段统计频率分析损伤演化过程,对寒区岩土工程的研究具有重要意义。     

复合材料层合板瞬态温度场非线性分析

采用在时间域内迭归算法为基础的混合有限元法分析了具有各种温度边界条件下复合材料层合板非线性热传导问题。在分析中考虑了材料热物理性质随温度变化的因素。为了提高瞬态温度场数值分析精度和改善数值计算稳定性，提出了一种新的离散原则，其中包括增量时间步长和有限元离散网格尺寸的选择以及它们之间的优化匹配原则。以［０°／９０°］ｓ碳／环氧Ｔ３００／５２２２为例，给出了数值分析结果。数值结果表明，在复合材料及其结构分析和设计中，必须考虑材料热物理性质随温度的变化。     

冲击疲劳裂纹扩展(英文)

本文综合归纳了金属材料的冲击疲劳裂纹扩展研究。讨论了冲击应力特征参量 ,如应力幅值 ,加载时间 ,2次应力峰值和过载 ,对冲击疲劳裂纹扩展速率的影响 ;对材料在冲击和非冲击疲劳载荷作用下的裂纹扩展行为进行了比较。结果表明 :冲击应力特征参量对冲击疲劳裂纹扩展速率的影响规律与其裂纹尖端的微观变形、断裂机制有关 ;材料在冲击和非冲击疲劳载荷作用下的裂纹扩展速率存在 3种不同的关系 ,并取决于材料在冲击和非冲击疲劳载何作用下的裂纹扩展机理 ;应力幅值 ,应力花样和材料的显微组织对材料的冲击疲劳裂纹扩展的影响大于对非冲击疲劳裂纹扩展的影响 ,冲击载荷常导致材料脆化并加速材料的疲劳裂纹扩展。