基于细观力学的混凝土有效弹性性能预测

假定混凝土材料为由骨料和砂浆组成的二相复合材料,建立了混凝土随机骨料模型;按骨料与砂浆基体的弹性性能比值生成骨料较硬和较软两类试件进行有限元数值试验,系统研究了混凝土有效弹性性能预测中多种细观力学方法的优劣及各细观力学方法的适用范围.将细观力学方法预测结果与有限元数值试验得到的结果进行比较,并对这些细观力学方法预测精度及其变化规律进行了讨论.数值试验结果表明,当骨料体积和骨料与砂浆弹性模量比较大时,细观力学方法预测的结果误差较大,需要研究新的方法预测混凝土的有效弹性性能.     

塑性细观力学模型的比较分析

对塑性细观力学模型的割线模量法，各向同性化的切线模量法、各向异性化的切线模量法和弹性约束法的适用性预测结果进行了分析比较表明，在变形较小的情况下各向异性化的切线模量法能较好地预测复合材料的拉伸和循环硬化性能，各向同性化的切线模时法和割模量法较适应对单向拉伸的预测，而弹性约束法的预测则偏高。     

四步法三维编织复合材料弹性性能的数值细观力学分析

本文介绍一种预测四步法三维编织复合材料弹性性能的方法提出了一种细观力学分析模型,并根据应变能等效原理,采用有限单元法作了分析复合材料的弹性模量和泊松比被表达为纤维和基体的弹性性能、纤维体积比、编织角等的函数对理论计算值和实验数据作了比较图４,表１,参８     

糜棱岩成因的细观损伤力学模型

文章提出了一个糜棱岩成因的孔洞损伤力学体胞模型。糜棱岩原岩在糜棱化过程中经历了2个主要阶段:即由流动构造引起的韧性孔洞损伤阶段和孔洞损伤所形成的多孔介质受局部低围压高轴压作用发生的韧带破碎阶段。基于该体胞模型,对一具体的糜棱岩原岩———花岗岩,用有限元法就其糜棱化全过程进行了初步模型分析和数值模拟,发现在糜棱岩产出的地应力条件下,多孔介质韧带破碎是完全可能发生的。     

三维正交纤维复合材料弹性性能细观力学分析

对三维正交编织纤维增强复合材料的弹性性能进行了细观力学分析．提出了这种材料的一种细观力学分析模型，推导了其主拉伸弹性模量和主泊松比的计算公式，并用实验数据对弹性模量计算公式进行了验证     

复合材料的细观力学研究进展

复合材料具有较强的结构特性,是一种多相体材料。其力学性能及损伤破坏规律不仅取决于各组分材料性能,同时也取决于细观结构特征。采用细观力学分析研究复合材料宏观力学性能与细观结构参数之间的内在联系具有重要的科学意义和工程价值。论述了细观力学实验技术的理论基础和常用实验技术及进展,介绍了复合材料的细观力学模型的发展,综述了复合材料力学行为有限元分析的研究现状,并对这一学科的研究发展进行了简要评述与展望。     

剪切损伤细观机理的弹性力学分析

损伤力学以含微观缺陷的材料为研究对象,分析微裂纹或微孔洞对材料宏观力学性能的影响以及损伤的演化过程。在连续损伤力学理论中,许多学者采用引入损伤变量到材料的本构方程中的办法,来反映材料的不可逆变化过程,这种方法在工程应用中具有简单实用的优点,但损伤变量的物理意义不是特别清晰,难以深入到损伤过程的物理学与力学本质。在弹性力学理论中利用复变函数方法能求出材料的位移场,在此基础上,可分析平面应力条件下含一条微裂纹的单元体边界处和裂纹面上的位移场,通过平均化的方法,得到单元体的平均剪应变,进一步分析这种剪应变与单元体中裂纹的几何尺寸之间的关系,再利用弹性剪切本构关系,就可得到脆性和准脆性材料弹性剪切损伤的细观描述。这种方法还可适用于弹性拉伸损伤的细观机理的研究,对进一步建立含有随机裂纹材料的宏细观相结合的损伤理论是很有意义的。     

拉伸损伤细观机理的弹性力学分析

损伤力学有2个主要分支：连续损伤力学和细观损伤力学.在连续损伤力学理论中,许多学者采用引入损伤变量到材料的本构方程中的办法,来反映材料的不可逆变化过程,这种方法在工程应用中具有简单实用的优点,但损伤变量的物理意义不是特别清晰,而且难以找到拉伸损伤变量和剪切损伤变量之间的联系,往往是只能建立两者各自独立的损伤演化方程.在弹性力学理论中利用复变函数方法能求出材料在给定的受力状态下的位移场,在此基础上,可分析平面应力条件下含一条微裂纹的单元体边界处和裂纹面上的位移场,通过平均化的方法,得到单元体的平均线应变,进一步分析这种线应变与单元体中裂纹的几何尺寸之间的关系,再利用弹性拉伸本构关系,就可得到脆性和准脆性材料弹性拉伸损伤的细观描述.这种方法已经分析了弹性剪切损伤的细观机理,对进一步建立含有随机裂纹材料的宏细观相结合的损伤理论是很有意义的.     

形状记忆合金力学特性的细观力学分析

在形状记忆合金的本构模型中,有效复合模量是很重要的因素.工程计算中,一般采用经验公式,但缺乏深入的理论分析和实验数据支持.本文基于Eshelby等效夹杂原理和Mori-Tanaka方法,分析形状记忆合金的有效复合模量,推导了相应的计算公式,与文献中的经验公式比较,进行误差分析,并分析了不同的有效复合模量计算对形状记忆合金的应力-应变曲线的影响,从理论上论证经验公式的可行性,为形状记忆合金的设计和使用提供理论依据.     

单向短纤维增强复合材料纵向弹性模量预测

建立含单纤维和基体的双圆柱复合材料细观力学模型,采用基体剪应力的Lame形式推导得到纤维轴向应力计算方程和纤维长度影响因子λ的表达式。依据纤维长度影响因子和混合定律得到了单向短纤维增强复合材料纵向弹性模量的计算公式,探讨纤维长径比和体积分数等细观结构参数对材料纵向弹性模量的影响。将计算公式得到的材料纵向弹性模量与Halpin-Tsai和Darlnigton方程得到的结果与实验值进行了对比。结果表明,计算公式预测值更接近于实验值。     

水泥环弹性模量对套管外挤载荷的影响分析

利用弹性力学解析及有限元方法，分别研究了均匀地应力和非均匀地应力条件下水泥环弹性模量对套管外挤载荷的影响规律。研究结果表明，增加水泥环弹性模量对套管外挤载荷有一定的减缓作用，但效果远没有降低水泥环弹性模量明显。理想水泥环的性能应该是高强度、低刚度。在固井作业时，对软地层推荐采用弹性模量大的水泥，对硬地层推荐采用弹性模量小的水泥。     

水泥环弹性模量对套管外挤载荷的影响分析

利用弹性力学解析及有限元方法,分别研究了均匀地应力和非均匀地应力条件下水泥环弹性模量对套管外挤载荷的影响规律。研究结果表明,增加水泥环弹性模量对套管外挤载荷有一定的减缓作用,但效果远没有降低水泥环弹性模量明显。理想水泥环的性能应该是高强度、低刚度。在固井作业时,对软地层推荐采用弹性模量大的水泥,对硬地层推荐采用弹性模量小的水泥。     

偏高岭土对硅酸盐水泥浆体干燥收缩的影响

为探究偏高岭土(MK)影响水泥基材料干燥收缩机制,研究不同MK掺量、不同成熟度硅酸盐水泥浆体在20℃、55%湿度下的干燥收缩和质量损失,并采用压汞法(MIP)研究不同成熟度水泥浆体的孔结构。结果表明:MK对浆体干燥收缩行为的影响与掺量和浆体成熟度密切相关;虽然MK使不同成熟度水泥浆体长期(28 d以上)干缩均减小,掺量越大,干缩越小,但对早期干缩的影响则存在差异。MK使预养护3 d的浆体早期干缩略有增大,而预养护28 d则相反。MK对浆体的干燥收缩与质量损失的影响有明显的一致对应关系,浆体质量损失越大,则收缩越明显。MK通过微填充效应、晶核效应和火山灰效应使不同成熟度浆体孔隙率下降、孔径细化,导致浆体在干燥条件下蒸发失水减少、过程减缓,从而减小浆体干燥收缩。     

碱-矿渣水泥浆体的碳化过程研究

针对碱-矿渣水泥水化产物中不存在Ca(OH)2且碳化比较严重的现象,选择水玻璃和NaOH作碱组分,采用X-射线衍射仪和可变真空扫描电子电镜研究了碱-矿渣水泥浆体的碳化产物和微观形貌,结合氮吸附方法分析了碳化对碱-矿渣水泥浆体孔结构的影响.结果表明:碱-矿渣水泥浆体的碳化是CO2直接和水化硅酸钙(C-S-H)凝胶发生作用的结果,碳化后生成的碳酸钙主要以方解石的形式存在;碳化后,C-S-H凝胶的Ca与Si原子比降低,浆体的比表面积增大,平均孔径降低,而累积孔体积的变化情况和碱组分有关.     

石灰石对磷铝酸盐水泥水化性能的影响

研究了不同细度、不同掺量的石灰石对磷铝酸盐水泥(PALC)水化性能的影响，并与硅酸盐水泥进行比较，进一步分析了石灰石对磷铝酸盐水泥的作用机理。通过对试体强度的测试，以及利用XRD、SEM等多种测试手段对其水化行为进行分析，结果表明：一定细度和掺量的石灰石PALC的早期力学性能有一定的提高，对后期强度无不利影响；石灰石的细度、掺量与PALC的细度有一定的匹配关系。     

模拟压裂作用对水泥环密封性破坏及改善研究

利用全尺寸水泥环密封性评价装置,研究了多段压裂作用下水泥环的密封完整性。分析了密封性破坏的机理;并提出了相应改善措施和评价标准。试验结果显示基浆水泥环在压裂交变应力作用下,加卸载次数较少时,水泥环密封完整性即遭到破坏;密封性失效发生在卸压阶段水泥环与套管之间的界面处。表明在套管内压高应力作用下,弹性模量较高的基浆水泥环中产生较大的应力,除了发生弹性变形还产生了塑性变形;卸载时套管弹性回缩,水泥环中塑性变形不可完全恢复而存在残余应变,导致二者在界面处的变形不协调一致而引起拉应力。随着压裂应力交变次数的增加,水泥环塑性变形不断累积,卸载后的残余变形和拉应力也随之增大。当拉应力超过界面处的胶结强度时出现微环隙,水泥环密封性破坏。采用掺入胶乳、弹性粒子等形成弹塑性水泥石,弹性模量降低并保持较高的抗压强度,压裂作用时水泥环中产生的应力相对其抗压强度较低,产生的塑性变形较小,因此提高了水泥环保持密封完整性时压裂应力交变的次数,改善了水泥环的密封性。     

拉压弹性常数不同对梁的弯曲强度的影响

岩石类材料(包括混凝土材料)在受拉与受压状态的弹性模量和泊松比是有明显差异的,本文推导了拉压弹性模量不同的矩形截面梁纯弯曲情况下弹性力学的解答.结果表明,不考虑拉压弹性模量的差异会引起较大误差.     

基于区域叠合有限元技术预测三维编织复合材料弹性性能

本文基于区域叠合有限元技术预测三维四向编织复合材料弹性性能。在该方法中,分别建立相互独立的纤维增强相有限元模型和复合材料整体区域(包括所有增强相和基体相所占几何空间)有限元模型,两相模型在空间叠合组成复合材料模型,运用节点自由度耦合技术使两相模型满足变形协调关系,通过对两相模型赋予适当的材料属性以使所建复合材料模型具有与实际复合材料等效的力学特性。该方法较传统方法显著缩短了建模时间,降低了建模难度。区域叠合法的数值模拟结果与传统方法预测结果一致。本文的研究为进一步研究编织复合材料非线性宏观力学特性和渐进损伤过程模拟奠定基础。