石墨混凝土破坏过程力学与电学关系的数值模拟

利用导电混凝土力场-电场相互比拟的数值模拟方法研究混凝土轴心受压构件受荷破坏的全过程·应用材料破坏过程分析软件MFPA,把混凝土视为由水泥砂浆基元和粗骨料构成的复合材料,对构件的受力、变形与内部裂纹萌生、扩展及最终破坏的全过程进行了数值模拟,计算出与实际构件尺寸一致的石墨混凝土单轴受压模型破坏全过程的力场·根据由实测的石墨混凝土割线模量-应变与电导率-应变曲线得出的力学量与电学量之间的比拟关系,将力场转换为电场·这不仅为导电混凝土电学关系的获取提供了一条新的途径,也为结构的健康监测等提供了一种新的计算方法·     

含典型裂纹系硬包体试样破裂机制的数值试验

运用自行开发的岩石破裂过程分析系统RFPA2D,对6种含不同典型裂纹系的硬包体试样的破裂机制进行了数值试验·结果表明:硬包体的存在有利于在包体及其上下两端的母岩中形成高应力区;裂纹系最终沿加载控制方向扩展,并终止在其他方向上的扩展;含Γ形裂纹系的硬包体试样容易发生破裂,其声发射频度低,而含顺向雁行裂纹系A3的硬包体试样则相反     

自由面对应力波反射诱发层裂过程影响的数值模拟

采用基于细观损伤力学基础上开发的动态版岩石破坏过程分析系统RFPA2D数值模拟软件,对冲击载荷作用下非均匀介质中应力波反射诱发层裂过程进行了数值模拟,重点探讨了不同自由面情况对层裂过程的影响.结果表明：动态版RFPA2D数值模拟软件可以逼真地模拟其过程;在不同自由面情况下,应力波传播至自由面产生反射诱发层裂破坏,除与应力波的峰值、延续时间和波形等有关外,还与应力波传播的方向有关,如果相同应力波垂直入射至自由面比斜入射至自由面更容易诱发层裂破坏的发生;当应力波平行入射至自由面时不会诱发层裂破坏.     

凿人力-凿深曲线的测定与分析

本文对钎头凿入岩石的动态过程进行了试验测定,并对影响凿入力-凿深曲线的因素进行了试验研究,试验结果表明,钎头刃长、冲击速度和钎刃初始凿入深度,都是影响凿入力-凿深曲线的重要因素,试验测定的实际凿入峰值力与理论分析基本一致。     

射孔角度对水力压裂裂纹扩展影响数值模拟

应用真实破裂过程分析系统RFPA2D20渗流版本,从细观力学角度出发,以赋予材料非均匀性为特点,采用有限元计算方法,通过创建渗流-应力-损伤耦合模型,模拟分析了不同射孔角度条件下的非均质岩体在孔隙水压力作用下的水压致裂过程.模拟分析结果表明,无论射孔角度如何变化,裂纹的发展方向始终趋向最大主应力方向;随着射孔角度的增加,逐渐形成双翼型转向裂纹,射孔方位角越大,裂纹的转向越明显,转向距离越大;0°~30°为最佳射孔方位角.数值模拟结果与实验结果相一致.     

水压致裂作用下岩体参数对裂纹扩展影响的数值模拟

应用真实破裂过程分析系统RFPA2D20-Flow,以赋予材料非均匀性为特点,采用有限元计算方法,创建渗流-应力-损伤耦合模型.模拟分析了不同层理角度及不同岩石强度的非均质层理岩体在孔隙水压力作用下的水压致裂过程,描述了这两种岩体参数对拉伸裂缝萌生及扩展的影响趋势.模拟分析结果表明,层理角度和岩石强度对水压致裂作用下层理岩体裂纹扩展模式及岩体稳定性的影响是不可忽略的;随着层理角度的增加,最大主应力及层理弱面分别对压裂裂纹的萌生和扩展起主要控制作用;在同一层理角度条件下,随着岩石强度的减小,层理岩体的稳定性降低,其破裂模式亦产生较大的变化.     

港口非线性波浪三维耦合计算模型研究

建立了外域用差分求解高阶Boussinesq方程、内域用有限元求解Laplace方程的三维非线性波浪对船作用的时域计算耦合模型.研究了该类三维耦合模型的匹配条件,耦合求解过程和内域、外域公共区域长度的确定,探讨了内域有限元网格的剖分方法.把该耦合模型的计算结果与实验结果、内域用Euler方程的耦合模型计算结果进行了对比,结果表明该耦合模型具有满意的精度,适用于模拟较大区域内波浪对三维船等固定物体的作用,为今后近海岸大区域非线性波浪对三维非规则物体作用的时域计算和三维分区计算提供了参考.     

混凝土细观力学性质对宏观断裂过程影响的数值试验

从混凝土的细观结构出发，假定混凝土是由砂浆基质、骨料及其它们之间的粘结带组成的三相复合材料，进行了混凝土中各个组成相对于宏观试样断裂特征及其强度影响的数值试验。从数值结果可以看出混凝土中砂浆基质与骨料之间的粘结带对于混凝土的宏观力学性能有较大的影响，普通混凝土在单轴载荷作用下破裂模式的数值试验结果也进一步证实了粘结带在混凝土断裂中所起的重要作用。     

岩石破裂过程围压效应的数值试验

运用岩石破裂过程分析系统RFPA2D模拟了岩石在变形破裂过程中围压对岩石变形、强度及声发射特性的影响.研究结果表明:数值试验结果与实验室观察得到的岩石变形、强度(弹性模量、抗压强度等)以及岩石破裂过程声发射的围压效应相吻合;同时,数值试验对在实验室中难以准确监测的声发射现象也进行了准确的模拟,所得结果对于地震预报、岩爆等冲击地压的预测具有一定的指导意义.     

脆性弯曲断裂试验中的稳定加载条件

通过对含裂纹试样与加载机构共同作用系统的分析,得到了试验机的稳定加载条件为试验机-试样系统的能量输入率T>0。此T判据的等价条件为试验机的刚度K_n和含裂纹试样荷载-挠度(F-Δ)曲线的斜率K_s满足不等式K_m+K_s>0。T判据可以推广到含裂纹体结构物系统的稳定性分析。结果表明,其稳定性不仅取决于含裂纹构件的刚度性质,而且也取决于与构件相连的结构物的刚度性质。