火电厂主蒸汽管道的弹性蠕变损伤本构模型研究

针对火电厂中蒸汽管道与汽包类承压部件用耐热钢,在承受高温高压时发生弹性蠕变损伤问题,给出完整的损伤本构描述,建立起唯象学蠕变损伤理论。在这里主要提出耐热钢的弹性蠕变损伤本构模型,建立起相应的数值变分原理以及有限元离散化形式,从而形成完整的数值变分方法。     

火电厂蒸汽管道的弹塑性蠕变损伤本构模型研究

针对火电厂中蒸汽管道与汽包一类承压部件常用耐热钢材,由于长时间承受高温高压使用,处于蠕应变Ⅱ阶段过程中,发生弹塑性蠕变损伤问题,给出完整的损伤本构描述,建立起弹塑性蠕变损伤本构模型及其数值变分原理与有限元离散化形式,从而形成完整的数值变分新方法。     

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Bingham模型的蠕变损伤模型及其参数辨识

为了更好的描述岩石蠕变全过程,在Bingham模型的基础上,引入非线性函数和弹塑性损伤体,建立一种新的蠕变损伤模型,并推导出其蠕变本构方程。通过将推导出的岩石蠕变本构方程与砂岩三轴蠕变实验曲线进行非线性拟合,确定相关参数,并将所得模型的理论曲线与实验曲线进行对比分析,结果显示该模型对岩石蠕变各阶段的拟合效果都不错,证明了该模型的合理性与可行性。     

深部矿井煤系地层软岩蠕变特征试验

采用在预定围压下先固结后径向卸载的三轴蠕变试验方法,模拟软岩巷道开挖过程应力状态变化,通过三轴卸载剪切蠕变试验表明随剪应力水平的降低蠕变速率显著减小.当剪切应力高于一临界值时,深部矿井软岩蠕变过程历经减速、定常和加速蠕变三个阶段破坏.根据试验结果,为描述非线性加速阶段蠕变规律,采用改进的元件,提出了软岩非线性的黏弹塑蠕变本构模型,通过有限元本构程序的二次开发,将提出的本构模型嵌入到ADINA非线性有限元程序中.对某矿井巷道软岩开挖支护过程进行数值模拟,表明弹黏塑蠕变本构力学模型能够较好地反映软岩的变形特征,数值模拟和实测结果吻合良好,可为矿井深部软岩巷道设计与施工提供参考.     

基于蠕变损伤耦合的海底开采点柱稳定性分析

 针对海底金属矿开采过程中采场留设点柱的稳定性问题,采用损伤统计本构理论,在西原模型的基础上提出一种参数获取相对简单的三维非线性蠕变损伤模型,并给出由稳态蠕变向加速蠕变过渡的判定方法.利用ANASYS 数值软件分析了三山岛金矿新立矿区海底点柱式充填采矿法矿房的应力分布,并应用三维非线性蠕变损伤模型对点柱稳定性进行了黏弹塑性损伤分析和渗流分析.该模型充分考虑了岩石的基本力学参数和工程地质调查结果,可推广至其他流变物理模型,对于大型岩土工程的蠕变渗流分析具有较强的适应性.     

基于分数阶导数的岩石非线性蠕变损伤模型

利用Riemann-Liouville分数阶理论,给出一种分数阶软体元件及其本构方程,阶数取值不同,可分别模拟蠕变的三个阶段.采用两个分数阶软体元件与虎克体进行组合,引入岩石硬化函数、损伤变量,提出一种新的含分数阶导数的非线性蠕变损伤模型,并推导出该模型的本构方程.利用砂岩的蠕变试验数据进行验证,发现该模型能有效描述砂岩的蠕变特性.     

弹塑性损伤分析的参变量变分原理

参变量变分原理采用了现代控制理论的极值变分思想,将本构关系化为状态方程控制着泛函的变分,是一种有效的求解非线性问题的方法,本文在弹塑性损伤基本方程基础上构造了弹塑性损伤分析的势能泛函,对损伤演化方程和加载函数近拟处理,导出了状态方程,指出求解弹塑性损伤问题归结为求解在状态方程控制下的势能泛函数极值问题,由此建立了弹塑性损伤分析的参变量变分原理;变分原理物理意义明确,并给出了参变量变分原理实施的有限元列式,易于计算机编程实现,文中对一算例进行了数值计算,计算结果表明该方法是求解弹塑性耦合损伤问题的有效方法。     

基于西原体模型的非定常岩石蠕变模型

为了能反映岩石稳定蠕变阶段力学参数的非线性和准确模拟岩石加速蠕变变形,通过将非线性函数引入Kelvin模型和构建一个关于蠕变破坏时间的损伤黏性元件进而得到一个非线性损伤西原体模型;基于塑性力学理论,推导了该模型的本构方程、一维和三维蠕变方程;引入蠕变试验数据验证该模型并对模型参数进行分析。结果表明该模型对不同形式的岩石蠕变曲线都能较好的模拟,模型参数可以表征岩石蠕变的非线性特征,可为蠕变模型的研究提供一定的参考。     

镁合金循环蠕变的损伤本构关系

利用MTS809高级材料试验机对镁合金AM50进行了系列蠕变试验,基于微结构和缺陷的分析提出各向同性标量损伤变量,在能量释放率概念的基础上导出损伤变量的演化方程.针对镁合金的循环蠕变强化和回复软化的特点建立内应力演化方程,在不可逆热力学和内应力理论基础上发展了考虑损伤的循环蠕变本构关系.理论分析与试验结果吻合较好,表明所建立的计及损伤的循环蠕变本构模型能够描述镁合金的循环蠕变现象.     

多孔岩体蠕变诱发延迟压实局部化失稳特性

针对多孔岩体蠕变诱发的延迟压实局部化失稳问题,提出了一种基于弹黏塑性及可控性理论的压实局部化失稳判别准则。通过构建局部常微分方程系统,定义定常外部摄动条件下的弹黏塑性本构算子,用于识别自发传播压实局部化带内的不稳定加速变形。通过检查方程系统的可控性损失,得出了多孔岩体压实局部化的失稳指数。基于弹黏塑性本构模型,分析了平面应变条件下多孔岩体中的拟瞬时和延迟压实局部化,对所提出的失稳指数进行验证。进一步地,利用有限元数值模拟,验证了该失稳指数在分析边值问题中延迟压实局部化失稳的适用性。     

基于Burgers三维损伤蠕变模型的巷道围岩流变特性分析

为了解决传统蠕变模型无法反映加速蠕变阶段的问题,引进了Kachnov损伤理论,在Burgers模型上串联一个弹塑性损伤体。推导出了等围压三轴实验条件下轴向蠕变表达式,并用非线性拟合的方法来识别模型参数。经证明:在该损伤模型中,当岩石所受应力大于屈服强度时,将触发损伤体进入加速蠕变阶段,而岩石的全程蠕变规律可以通过线性与非线性蠕变叠加来进行描述。通过红砂岩蠕变实测曲线与理论曲线对比分析证实了该模型的合理性。此外,本文还推导出Burgers三维损伤蠕变模型在复杂应力条件下的本构方程,并通过拉普拉斯变换得到圆形巷道围岩变形规律的解析解。     

基于蠕变损伤的P91钢应力-应变本构关系

高温下材料的本构关系和时间相关,可以由高温等时应力-应变曲线表示。对P91钢分别进行高温(600℃)短时拉伸实验,高温蠕变100、500和900 h实验之后的高温短时拉伸实验,以及完整的蠕变断裂实验。结果表明:用高温等时应力-应变曲线描述P91钢高温蠕变损伤后的本构关系极为保守。由此,引入寿命分数参数定义材料的高温蠕变损伤,获得了P91钢发生高温蠕变损伤后材料抗拉强度与蠕变损伤的关系,修正了高温等时应力-应变曲线,建立了基于蠕变损伤的P91钢应力-应变本构方程。     

考虑裂隙塑性的岩石非线性分数阶蠕变模型

为了有效地描述岩石蠕变的加速阶段考虑岩石裂隙压密闭合效应,基于分数阶微积分理论,在模型中加入裂隙塑性元件,并引入变截面黏壶和塑性元件并联成一个非线性黏塑性体,建立五元件非线性蠕变模型。推导出模型的蠕变本构方程,并利用该模型对岩石蠕变试验数据进行拟合,确定模型的蠕变参数。结果表明,该模型能够很好地描述岩石蠕变的三阶段,具有合理性和可行性。     

一种岩石的损伤流变模型

根据石膏角砾岩的蠕变特性,建立了石膏角砾岩的粘弹塑性流变组合模型;在此基础上,采用统计损伤理论,并考虑了损伤门槛的影响,建立了考虑损伤门槛的统计损伤本构方程;根据应变等效原理,建立了石膏角砾岩的损伤流变模型。通过试验验证,理论计算结果与石膏角砾岩蠕变试验结果吻合较好,表明所提出的损伤流变模型可以较好的描述石膏角砾岩的非线性流变。     

钢筋混凝土拱结构静荷载作用下的非线性行为分析

基于弹性损伤普遍理论,取其三阶近似形式,得到一个含有四个独立参数的损伤本构模型。在该损伤本构模型中,引入一个拉压修正系数,用于描述混凝土材料在受拉与受压状态下损伤行为的不同。采用损伤力学有限元数值方法,对一钢筋混凝土拱结构整个加载过程中的非线性行为进行了详细分析计算,并与试验结果进行对比。研究表明,所建立的损伤本构模型,可较好地反映钢筋混凝土结构的非线性特征与规律。     

基于广义Kelvin模型的三维流变损伤本构模型

岩石加速流变阶段蠕变损伤引起的附加蠕变是导致岩石破坏加快的重要原因．以一维广义Kelvin体应力应变关系为基础,推演三维流变本构方程,并引入Kaehanov损伤演化方程,建立了基于广义Kelvin模型的三维流变损伤本构模型．通过对花岗片麻岩三轴流变试验结果的模拟,验证了该模型的有效性．结果表明：基于广义Kelvin模型的流变损伤本构模型可以反映花岗片麻岩的减速蠕变和等速蠕变过程,并且可较理想地反映加速蠕变过程．     

沥青混合料损伤蠕变模型试验研究

在三元件黏弹性模型基础上耦合一个连续性损伤因子,构建一个能够描述沥青混合料三阶段蠕变全过程的损伤蠕变模型。综合考虑黏弹性特性与损伤机制,推导了该模型的本构方程,分析了沥青混合料的蠕变特性。通过沥青混合料在不同应力水平下的单轴压缩蠕变实验,编制非线性拟合程序,得到模型参数和损伤演化曲线。将不同应力条件下模型预测值与实验结果进行对比,结果表明,该模型能准确反映不同应力水平下沥青混合料蠕变过程三个阶段的特征和进入破坏阶段的临界时间。     

岩石时间硬化损伤蠕变特性

分析岩石蠕变过程中的非线性损伤特征,在各向同性的蠕变方程中引入时间硬化,采用应变等效原理,推导出时间硬化条件下的岩石蠕变方程,利用该方程可以同时描述岩石蠕变曲线的初始蠕变、等速蠕变和加速蠕变三个阶段,并进行了参变曲线数值求解和参数特性分析,利用该方程拟合了某页岩三轴蠕变实验数据,同时揭示了蠕变现象的非线性本质.结果表明:利用该方程可以较好地模拟岩石蠕变曲线的3个阶段.     

高温蒸汽管道在高温蠕变与低周疲劳交互作用下的损伤演化和寿命估算方法

基于近年来固体力学发展的前沿领域中较成熟的连续损伤力学的概念与理论,着重讨论火电厂中高温蒸汽管道,在高温和周期加载条件下运行时,将发生高温蠕变与低周疲劳交互作用下的材质劣化损伤行为。针对这种性状来研究蒸汽管道常用耐热钢在高温蠕变与低周疲劳交互作用时的损伤本构关系,提出用于管道结构分析的基本方程与变分方法,并从工程实用角度出发,根据火电厂中大多数高温结构元件的服役运行工况,利用"间置加载"型载荷谱的特点,提出两个基本假设,以突出蠕变与疲劳交互作用过程中的主要特征,并依据初始循环应力应变场,来对损伤过程中的循环应力应变场进行逼真描述,为更好地解决管道结构分析中的实际问题以及构件的寿命估算,从而提出更为严谨的理论和管道结构分析的变分方法。