软弱岩石蠕变破坏规律的探讨

本文根据东乡铜矿砂质页岩的单轴压缩蠕变试验结果,提出并论证了既能描述蠕变变形和破坏过程,又具有工程实用意义的几个特征参数,建立它们与作用载荷之间的关系.在此基础上,讨论了岩石的长期强度、工程设计强度、破坏时间预测和极限应变几个问题.最后,根据不稳定蠕变各阶段的微观结构的电子探针显微镜分析结果,提出了软弱岩石蠕变变形和破坏的机理.     

钢筋混凝土梁冲击响应的3D细观力学模拟

钢筋混凝土结构在冲击载荷作用下响应和破坏的研究受到了广泛的关注.本文通过建立3D细观力学模型,并结合新近研发的混凝土动态计算本构模型,模拟计算冲击载荷作用下钢筋混凝土梁的响应和破坏.3D细观力学模型假定混凝土是由砂浆基体、粗骨料和界面过渡层(Interfacial Transition Zone,简称ITZ层)三相组成的复合材料.混凝土动态计算本构模型考虑了压力相关性、剪切损伤、拉伸损伤、Lode角效应和材料应变率效应等主要因素.结果表明:数值模拟得到的冲击载荷、梁跨中点挠度的时程曲线以及裂纹的分布和扩展模式与实验结果吻合得较好;新提出的混凝土3D细观力学模型和新近研发的混凝土动态计算本构模型可以用来预测钢筋混凝土结构在冲击载荷作用下的响应和破坏.     

弯曲疲劳载荷作用下结构混凝土抗氯离子扩散性能

通过对疲劳损伤机理的分析,针对损伤发展的第2阶段,采用不同疲劳循环次数比对应的残余拉应变与疲劳破坏时对应的极限残余拉应变的比值来定义损伤变量,重点研究了疲劳载荷与氯盐协同作用下结构混凝土的耐久性及其寿命预测方法.研究结果表明:随着疲劳损伤所产生的残余拉应变的增大,氯离子在混凝土中的扩散系数逐渐增加;当残余拉应变超过60×10-6时,其增加幅度开始变得显著;当残余拉应变增加到120×10-6时,氯离子扩散系数提高了1个数量级.因此,在海洋大气环境与疲劳载荷的协同作用下,结构混凝土的服役寿命大大缩短.这些方法与结论可为疲劳载荷与环境因素协同作用下混凝土的耐久性设计与评估提供依据.     

复合材料层合板双面贴补结构渐进损伤分析

提出了一种分析和预测在拉伸载荷作用下复合材料层合板双面贴补结构的极限承载能力的方法,建立了分析复合材料双面贴补结构渐进损伤的三维有限元模型.胶层用各向同性模型描述,提出了基于3个方向剪切应变描述的二次剪切失效判据来预测胶层的损伤起始,定义了与材料应力应变相关的刚度折减函数来模拟损伤后胶层刚度的连续退化.层合板用正交各向异性三维模型描述,采用基于应变描述的三维Hashin准则和Ye分层准则来预测其损伤起始,引入损伤变量来考虑层合板的损伤扩展.计算结果与试验数据吻合较好,说明该方法和模型可以有效地预测复合材料双面贴补结构的拉伸极限强度.     

柔性结构疲劳寿命的预测方法

讨论柔性构架结构疲劳寿命的预测方法,建立刚柔耦合多体动力学模型,计算结构危险点的动载荷时间历程;利用有限元准静态分析法,获得应力影响因子;利用模态分析技术获得结构固有频率和模态振型,确定结构的危险点位置.基于危险应力分布的动载荷历程,结合材料特性曲线以及线性损伤理论,进行标准时域的柔性结构应力应变的循环计数,损伤预测和寿命估计.应用该方法对构架结构进行疲劳寿命预测,结果表明,该预测方法预测精度有效,可以有效提高结构耐久性设计质量.     

复合材料垂尾应变测试技术研究

应变电测法是飞机飞行载荷测试最常用的方法之一,本文研究了纤维增强层合复合材料垂尾的飞行载荷应变电测方法。首先建立复合材料垂尾有限元模型,计算了在均布载荷下垂尾表面应变分布。然后根据有限元仿真应变分布结果,避开应力集中部位选取应变片粘贴位置,设计载荷测试电桥,利用载荷标定试验可测得垂尾的飞行载荷。最后对相同层数不同铺层顺序的垂尾模型进行计算,对应变片粘贴位置的表面应变进行细观分析和比较,分析了铺层顺序对表面应变的影响。计算结果表明,表层铺层角度对应变测试结果有较大影响,复合材料结构应变测试时应考虑结构的铺层顺序,而在载荷测试时选取线性应变区则可不考虑该影响。     

复合材料垂尾表面应变计粘贴技术

应变电测法是飞机飞行载荷测试最常用的方法之一。研究了纤维增强层合复合材料垂尾的飞行载荷应变电测方法。首先建立复合材料垂尾有限元模型,计算了在均布载荷下垂尾表面应变分布。然后根据有限元仿真应变分布结果,避开应力集中部位选取应变片粘贴位置,设计载荷测试电桥,利用载荷标定试验可测得垂尾的飞行载荷。最后对相同层数不同铺层顺序的垂尾模型进行计算,对应变片粘贴位置的表面应变进行细观分析和比较,分析了铺层顺序对表面应变的影响。计算结果表明,表层铺层角度对应变测试结果有较大影响,复合材料结构应变测试时应考虑结构的铺层顺序;而在载荷测试时,选取线性应变区则可不考虑该影响。     

超高压管道的疲劳损伤研究

通过将超高压管道在疲劳载荷作用下的损伤归结为无初始应力集中的大范围疲劳损伤问题,根据应变疲劳的破坏机制,以应变幅为损伤变量,建立了损伤演化方程,利用虚功原理得到了超高压管道疲劳裂纹萌生寿命计算模型,探讨了交变内压作用下模型参数的计算问题.模型不仅考虑了材料的疲劳特性,同时考虑了管道结构和载荷作用情况,当退化为简单试件的疲劳寿命计算式时,能很好地拟合3种常用超高压容器用钢30CrN iMo8、ANSI4340H和G4335V的疲劳试验数据.     

基于有限元仿真的钢轨表面磨耗预测

为了研究轮轨相互作用过程中钢轨的磨耗情况,采用Chaboche随动强化模型,对滚动接触载荷作用下的钢轨塑性剪切应变演化情况进行了有限元模拟分析.钢轨在滚动载荷作用初期,塑性剪切应变累积速率较快,随着载荷循次数的增加,剪切应变的增量逐渐变小并趋于稳定值.钢轨接触表面会形成剪切应变层结构,随着距离钢轨表面深度的增加,塑性剪切应变逐渐变小.结果显示,基于有限元模拟应用塑性剪切应变判据预测的结果比实际结果稍小,误差约为33.3%.     

沉底水下爆炸作用下舰船结构动响应数值模拟

该文利用ABAQUS软件,对某实船模型在沉底水下爆炸载荷作用下的动响应进行了数值模拟.结果显示将沉底水下爆炸载荷等效成无限流场载荷的1.7倍是可行的,而纵向应变峰值跟结构的材料属性和结构方式有很大关系,材料厚度越大,加筋结构相对密集,则纵向应变峰值越小.     

利用灰色模型对地区负荷进行预报

针对灰色模型GM(1,1)对某一地区的负荷进行预报误差较大的缺点,采用了"平均滑动模型"方法,使处理后的数据既增加了数据的权重又避免了数据的波动.计算表明,可以把它用于负荷预报中,解决了负荷按"S"型曲线递增的实际情况,提高了预报精度,又继承了灰色预报方法的优势和特点.     

基于灰色突变理论的块裂岩质边坡崩塌时间预测

为了有效地预测块裂岩质边坡发生崩塌的时间,基于灰色理论和突变理论建立了灰色-突变预测模型.首先运用灰色理论对声发射监测数据进行处理,得到预测数据,运用最小二乘曲线拟合展开,再通过微分同胚变换,转换为尖点突变模型的基本形式,从而建立了灰色突变预测模型.最后采用该模型对贵毕公路k79+380～k79+500右边坡的崩塌时间进行了预测,预测结果和实际崩塌时间基本一致,表明该模型可以有效地预测块裂岩质边坡的崩塌.     

基于灰色突变理论的崩塌时间预测方法

由于崩塌的监测数据存在信息不完全和不确知性,同时,崩塌的发生存在有突跳性,采用灰色理论和突变理论能够有效地预测预报边坡崩塌发生的时间,为崩塌防治提供及时的决策依据。首先运用灰色理论对声发射监测数据进行处理,得到预测数据,运用最小二乘曲线拟合展开,再运用微分同胚变换,转换为尖点突变模型的基本形式,建立灰色突变预测预报模型,从而对崩塌的时间进行预报。通过对比用该套方法预报的贵毕公路k79+380～k79+500右边坡的崩塌时间和实际崩塌发生时间,得知该方法是非常有效的。     

复合材料螺接修理层压板剩余强度评估

复合材料结构修理是飞机复合材料结构全寿命周期中不可或缺的重要环节。螺接修理传递载荷大,操作简单,易于外场实施。快速估算螺接修理结构的剩余强度,有助于修理参数优化及修理方案的设计。采用基于子模型法的有限元数值分析方法,快速预估螺接修理层压板结构的承载能力。模型中复合材料层压板和金属补片用壳元模拟,螺栓用梁元模拟,采用多点约束技术模拟螺栓与螺栓孔的接触。在整体模型应力分析的基础上,选择高应力区建立子模型,提出0°层点应力准则判断层压板是否破坏,根据粱元剪力的大小用工程方法评估螺栓的强度。分析表明,分析方法建模简单、计算周期短、分析结果与试验结果误差在5%以内,可以满足工程设计和分析要求。     

负载分担下可修的并联系统模型

提出了一个负载分担可修的并联系统模型，在系统中，n个并联部件是可修的，一个部件失效，将会导致剩余部件有更高的负载，从而引起更高的失效率，假定每个部件仅有2种状态；工作或失效，那么系统的状态过程是一个时齐的离散的马尔可夫链，它可以产生1列微分方程，借助于拉普拉斯逆变换可计算出该模型的主要可靠性指标－系统的可用度及可靠度，最后，以一个特例证明了本文的模型是并联系统的推广，同时也说明用本文的方法来计算负载分担可修的并联系统可靠性是切实可行的。     

再生混凝土梁受弯破坏过程声发射的灰色模型

为了分析采用传统灰色理论对声发射事件数建立声发射灰色模型GM(1,1)的预测值相较于试验值较大、预测精度不高等问题,根据再生粗骨料取代率为30%的再生混凝土梁在受弯破坏过程中的声发射现象,通过引入折减系数提高预测值的精度,并给出了折减系数在梁破坏全过程的表达式。通过和试验相验证,比较GM(1,1)灰色模型预测值与试验值,最终结果表明:折减系数与时间呈现较好的非线性关系,在起点处与终点处分别为折减系数的0. 5倍和3倍。根据上述特性得到修正后的灰色模型,其精度较传统模型有了很大的提高,利用该模型对材料受力过程中的声发射参数进行分析,进而实现对再生混凝土梁受弯破坏的判别及预测,对于今后预测材料损伤问题提供了参考。     

灰色模型在负荷预测中的应用

电力负荷预测是电力控制及运行方面的最重要的一项任务。介绍了灰色理论的相关概念和原理,以及预测负荷的步骤,通过举例讨论了灰色模型在短期电力负荷预测中的应用,对平常日电力负荷进行预测,其结果令人满意,表明灰色模型是有效的负荷预测方法之一。灰色模型在日常负荷预测中广泛得到运用。     

灰色系统非线性回归电力负荷预测

传统灰色预测模型GM(1,1)在预测增长较快的电力负荷时预测效果会变差。针对这一缺陷,提出了一种改进的基于灰色系统的非线性回归预测模型。将非线性回归与GM(1,1)模型二者的优点相结合,利用GM(1,1)模型计算参数初始值,进而对其进行非线性回归分析预测电力负荷值。电力负荷预测实例表明该模型具有较高的预测精度和较广的应用范围。     

钢桥防腐蚀涂层寿命的预测方法

钢桥防腐蚀涂层的大气腐蚀是一个相当复杂的过程，存在着许多不确定因素。因而涂层保护寿命预测系统的建立，需要在包含大量不确定信息的灰色状态下进行推理。将灰色理论引入到桥梁防腐蚀涂层的失效研究中，建立了涂层腐蚀坑剥落的面积随时间变化的GM（1，1）模型，并在此基础上推导出桥梁防腐蚀涂层寿命的一般预测公式。通过实例分析计算，该模型预测得到的腐蚀面积和实测值相对误差小于8％，具有较好的拟合精度和预测可靠度。     

基于三维应变渐进损伤准则的复合材料层合板大开孔压缩损伤研究

针对复合材料层合板大开孔压缩,将二维应变渐进损伤准则修正为三维应变渐进准则,使其能够模拟层合板的分层损伤,建立了复合材料层合板大开孔压缩损伤分析模型。利用UMAT子程序将基于三维应变渐进损伤准则引入到分析模型中预测纤维、基体及分层等失效演化过程;并对大开孔复合材料层合板进行试验研究。试验结果表明所建立的基于三维应变渐进损伤准则的层合板大开孔分析模型能很好地模拟大开口复合材料层合板压缩过程中的损伤起始、损伤扩展及破坏模式;并最终预测复合材料层合板大开孔的破坏强度。