韧性材料的细观力学实验和数值模拟研究

引入能够定量描述内界面的细观统计参量-形状因子,定义了基于内界面形状因子的损伤变量,建立了相应的细观力学模型,探索细观组织演化和材料宏观响应关系的力学问题。通过宏细观相结和的方法,对韧性金属材料的内界面进行实验研究和数值计算。通过对比试验和数值计算结果,认为可以用形状因子能够反映材料细观组织的演化情况,用损伤变量能够表征材料的损伤程度。并得到了内界面演化随应变发展的演化方程。对于发展和应用宏-细观相结合的损伤力学理论,对阐明韧性材料的变形、损伤、破坏机制有重要意义。     

碾压混凝土直剪试件细观结构的数值模拟

从细观层次上将碾压混凝土试件当作是由硬化水泥粉煤灰砂浆、粗骨料、二者间的粘结带以及水泥砂浆中间层面组成的非均质复合材料，由随机骨料模型模拟碾压混凝土的细观结构，用非线性有限元法模拟试件在直剪作用下的细观损伤断裂，从而求得其宏观抗剪断强度，计算结果与《混凝土重力坝设计规范》所提供的参考值较为吻合，据此还进行了试件破坏机理分析，应用此种计算方法，可节省直剪试验工作量，并可进行直剪试件的尺寸效应分析，有广阔的应用前景。     

四步法三维编织预型件的细观结构及拉伸性能预测

基于三维编织预型件细观结构的数学表达，提出在小拉伸变形和大拉伸变形下预测整段拉伸曲线的预测方法，该方法真实地反映了编织物的拉伸过程。最后与实验结果进行比较，具有很好的一致性。由于编织物强度预测的复杂性，利用该方法有可能在解决三维编织预型件的强度预测计算方面取得突破。     

混凝土细观结构断裂的分形分析

混凝土材料的细观断裂分析是现今科学的前沿课题之一．采用分形原理模拟了混凝土材料的内部结构分布，并用其同有限元网格结合分析了混凝土的细观断裂行为．可以看出，它为更方便准确地描述混凝土细观结构的非均质性，分析其细观断裂行为提供了新的方法     

高脆性材料亚临界裂纹扩展机制的细观力学分析

本文从细观力学角度研究了高脆性材料亚临界裂纹扩展机制。根据线弹性断裂力学理论和量子力学理论的近似计算，从理论上求得了经验的亚临界裂纹解理扩展速率公式。理论计算与陶瓷材料的实验结果符合得很好。     

升温路径对花岗岩超声波传播特性影响的试验研究

地热能开发以及核废料处置等深部高温岩体工程中，岩石破裂行为和损伤特征受升温路径影响显著．超声波传播速度和振幅等参数可以综合反映岩体破裂和损伤状态，具有重要的工程价值．为探究升温路径对岩石超声波传播特性的影响，开展了600℃下不同加热速率和恒温时间热处理后花岗岩的超声波透射和SEM扫描试验．研究结果表明：岩石超声波波速、幅值和频谱振幅等特征参数在不同升温路径下有较大差异．岩石超声波传播特性与加热速率具有明显的阶段依赖性，当加热速率低于9℃/min时，岩石超声波传播特征参数随加热速率增加显著降低；当加热速率高于9℃/min时，其降低幅度减缓．恒温时间对岩石超声波特性的影响存在阈值，当恒温时间小于3 h时，超声波传播特征参数随着恒温时间增加而减小，当恒温时间大于3 h时，其变化不明显．不同升温路径下岩石热裂纹扩展模式的差异是影响热处理岩石超声波传播特性的主要原因．超声波传播特征参数中首波幅值对升温路径变化的敏感性最高，适宜作为评价花岗岩体破裂行为和损伤程度的最优指标参数．研究结果对高温岩体工程损伤程度和稳定性评价具有一定的指导意义．     

PBX炸药粘弹性损伤本构关系研究

应用广义能量释放率及动态断裂理论,结合粘弹性效应建立了PBX炸药的统计细观损伤本构模型,将该模型嵌入到Ls-dyna有限元程序中对平面撞击实验进行了数值计算.通过与实验结果比较表明,建立的细观损伤本构模型能较好地描述PBX炸药在冲击作用下的动态损伤力学行为.     

水泥基复合材料湿度扩散特性细观数值模拟研究

运用Weibull统计分布方法描述材料的非均匀性,并结合质量扩散与统计分布理论建立了水泥基复合材料湿度扩散的细观数值模型.对水泥基复合材料内湿度变化规律的数值模拟研究表明：砂浆的湿度场不仅受温度的影响,还受到湿度本身的影响,湿度和温度的升高对湿度的扩散具有加速作用.砂浆的细观非均匀性对湿度扩散影响显著.试样的均匀程度越低,其内包含的孔隙就越多,这有利于湿度的扩散;反之,如果试样的均匀程度越高,则越不利于湿度的扩散.砂浆试样的宏观有效湿度扩散系数随Weibull分布函数中均质度系数的增加呈负指数衰减趋势.在混凝土中,骨料颗粒占有较高的体积分数,而其湿度扩散性能却较低,这在一定程度上降低了混凝土的宏观湿度扩散性能.研究结果表明,混凝土的湿度扩散系数随其骨料含量增加基本呈线性递减变化关系.     

聚乙烯醇(PVA)纤维增强水泥基复合材料单纤维拔出细观机理研究

目的 探索聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(PVA-ECC)高韧性、应变硬化宏观力学行为的细观机理,为其材料特性设计奠定理论基础。方法 基于黏聚力单元和非线性弹簧连接器,建立单PVA纤维/水泥基体的ABAQUS有限元模型,对单PVA纤维拔出水泥基体的全过程进行数值模拟分析。结果 PVA-ECC单纤维拉拔力-拉拔位移曲线可细分为线弹性阶段、连续脱黏阶段、整体滑移阶段、机械咬合硬化阶段和纤维磨损断裂阶段;纤维与水泥基体之间的传力机制包括剪滞切应力和机械咬合力;随着拉拔力的增加,机械咬合力逐渐成为主要传力机制。结论 水泥基体与纤维之间的机械咬合作用以及纤维表面的磨损是导致纤维断裂的根本原因,通过对纤维表面进行适当处理,可以降低水泥基体在机械咬合硬化阶段对纤维表面的磨损,使纤维断裂模式转变为纤维拔出模式,以更好地控制水泥基体的微裂纹失稳扩展,从而进一步提高PVA-ECC的韧性。     

单轴应力下水泥土细观结构的演化特性

通过单轴压缩条件下不同养护温度及不同土料的水泥土微细结构变化试验,探讨了单轴压缩条件下水泥土微细结构内部变化规律及其与宏观力学响应的关系.利用Geoimage软件定量分析研究了颗粒面积比例、颗粒分布分维、颗粒圆度和孔隙定向度的演化规律,并与全应力应变曲线进行了对比.结果表明,单轴压缩条件下土样细部结构形态和参数均会发生明显变化.