各向同性材料受各向异性弹性损伤时的应力应变关系

构造了具有主对称性的损伤影响张量,研究了弹性各向异性损伤时的有效应力,按照Lem aitre应变等价性假设,建立了弹性各向异性损伤应力应变关系,并引入了材料的有效柔度张量.由于应力应变关系应该具有对称性,因此要求有效柔度张量具有对称性.采用S idoroff的弹性能等值假设和弹性余能等值假设构造了材料的有效柔度张量.推导出损伤应变能释放率张量.推导了各向同性材料在受各向异性弹性损伤时的应力应变关系,分析表明,原为各向同性的材料,在受各向异性损伤后,表现出各向异性.     

受损介质变形非协调模型

当介质受损即内部存在微观几何缺陷时,将不能满足变形协调条件.从连续介质损伤理论出发,建立受损介质的变形非协调模型.首先由四阶损伤影响张量定义拟塑性应变张量,并提出假定:总应变由弹性应变和拟塑性应变两部分组成,且总应变是协调的;拟塑性应变不产生应力,只描述受损介质内部结构变化.最后算例中分别从考虑和不考虑损伤主值之间耦合作用两种情况讨论了二维情况下各向同性材料受各向异性损伤的变形非协调模型.该模型显著拓展了弹塑性模型描述能力,形式简单、物理意义明确,易于工程中应用.     

细观力学能量等效模量方法与微极弹性力学

夹杂多相复合体的能量等效模量介质，是细观力学研究脆性材料损伤的主要方法之一．通过研究细观结构变化的物理和力学过程，引入某种平均化方法寻出材料的宏观性质．从宏观唯象角度引入各阶张量形式的连续场变量研究夹杂复合体的损伤，目前尚属空白．本文将夹杂多相复合体同引入内部结构的微极介质等效，通过微极弹性力学中的应力(σ)、力偶应力张量(m)和Helmholtz自由度密度φ，给出了描述夹杂多相复合体损伤的等效模量解析表达式．将取决于各相几何、物理性质和平均化方法的平均应变柔度张量用与连续分布场张量m相关的柔度张量代替．     

弹性介质中的一种各向异性损伤模型

各向同性损伤理论是建立在材料是均匀的、各向同性的以及损伤也是各向同性的假设基础之上.对于初始各向异性材料,损伤演化也呈明显的各向异性.一般地可用一八阶的损伤张量来描述这种材料的损伤,利用应变等效原理可将损伤张量减少到四阶.这个四阶损伤张量中独立元素的个数和材料及损伤的对称性有关,对各向同性损伤,损伤材料独立的材料参数只有两个,它们可用无损伤时材料的Lame系数和损伤参数来表示.     

用对应变能函数求导法求弹性材料应力张量的一般形式

用对张量函数求导的方法导出了横观各向同性材料和各向同性材料的应力－应变关系式的一般形式。从推导过程可以更清楚地看出为什么横观各向同性材料和各向同性材料的应力－应变关系中分别有５个和２个独立的弹性常数，材料有几个独立的弹性常数是由其应变能函数的形式所决定的。     

岩石塑性应变损伤模型的建立及应用

岩石塑性变形和损伤变量的微观机制都是岩石中微裂纹的萌生和发育,塑性变形与损伤在岩石材料中是同时出现的,它们的演化规律是相互耦合的.本文采用基于塑性应变的损伤变量,定义岩石在破坏过程中塑性应变增量与损伤增量成正比关系,并把极限塑性应变归一于岩石的临界损伤值,建立了岩石塑性应变损伤模型和本构模型.实验曲线与利用所建立的塑性应变损伤模型计算的应力-应变曲线吻合较好,岩石塑性应变损伤模型能较好地描述岩石整个加载过程中的损伤与应力、应变的关系.并根据岩石塑性应变损伤模型,分析了单轴压缩荷载作用下岩石的应力和应变与损伤的演化规律.     

准D5晶粒各向异性集合的弹性本构研究

多晶体金属材料由微小晶粒集合而成，晶粒的物理性质和金属的微结构决定了该多晶体材料的宏观力学性质．常见金属多晶体材料的晶粒有面心立方、体心立方和密排六方结构．基于Voigt模型，Morris和Sayers给出了立方晶粒正交集合的弹性本构关系，Huang则给出了立方晶粒各向异性集合的弹性本构关系．假设一材料是由大量的准D5晶粒集合而成(称为准多D5晶体)，利用准D5晶粒的对称性研究D5晶粒弹性本构关系，然后基于Voigt模型和Reuss模型分别推导出准D5晶粒各向异性集合的有效弹性刚度张量和有效弹性柔度张量．在本文中，品粒取向分布函数(ODF)w(R)用来描述多晶体中的晶粒取向为R的可能性密度，给出了弹性本构与织构系数之间的关系表达式．     

双标量描述下土的弹性非线性损伤模型

根据土的变形特点,采用双标量描述土的各向同性弹性损伤,将土看成是由两种材料组成的复合体,一种材料的柔度矩阵仅与土的弹性模量有关,而另一种材料的柔度矩阵仅与土的剪切模量有关。分别定义各自的损伤变量,并根据等效应力原理建立各自的损伤本构方程,最后通过合成获得了土的弹性非线性损伤本构方程,并根据土的三轴试验结果确定损伤演化方程,在此基础上建立了一个土的弹性非线性各向同性损伤模型。将其运用到地基沉降计算中,与实测结果进行比较,验证了本模型的正确性。     

基于热力学方法的土体能量保守的弹性模型

目的建立服从热力学第一定律通用的吉布斯自由能函数,解决循环荷载作用下的应变累积问题.方法采用数学软件Mathematic来解非线性最小二乘法拟合不排水3轴试验点,得到模型计算参数.建立压力相关的剪切模量的能量势函数的推导框架,采用热力学方法对柔度矩阵进行修正.结果产生了弹性体积与弹性剪切反应的耦合,耦合的幅值反应了材料各向异性的程度,由应力比确定;剪切模量对压力的依赖性在体积模量中产生了弹性剪胀部分.结论对不同闭合应力路径的计算结果表明,修正后的模型满足能量守恒.     

用弹性波速计算正交各向异性岩体的裂隙张量

初步尝试了运用弹性波速确定岩体的裂隙张量;首先将岩体视为正交各向异性介质,基于裂隙岩体的应变体积平均,从裂隙引起的间断位移出发,导出裂隙张量与由裂隙引起的柔度张量增量之间的关系;然后根据正交各向异性岩体的波动理论,建立了岩体裂隙张量、等效弹性参数和弹性波速三者之间的相关关系。根据这些关系,给出了二阶、四阶裂隙张量的弹性波速计算过程。含裂缝水泥砂浆试件的试验结果表明,采用本文计算方法获得的裂隙张量基本能反映出裂隙的分布情况。     

饱和岩石各向异性弹塑性损伤模拟

自然界岩石是各向异性的,其破坏性也是非均匀的,岩石各向异性力学特性研究非常必要.提出了一种弹塑性破坏模型,该模型可以描述弹性变性、损伤不可逆变形和塑性变形,以二阶张量来描述损伤的扩展,损伤演化相关于微裂纹扩展标准.并以应变自由能获得有效弹性刚度矩阵,推导出了损伤参数限制范围,提出了以室内试验决定损伤参数的相应表达式.模拟了不同加载路径情况下的岩石力学行为,数值结果和试验结果较为一致.该模型被推广应用于不同加载路径的岩石水力学行为的模拟之中,数值结果显示该模型能模拟岩石孔隙水力学基本特征.     

各向异性对InAs/GaAs量子点应变分布的影响

研究了InGaAs/GaAs自组织量子点体系的应变分布.结果表明, 量子点形状的各向异性对其流体静压应变的影响较为微弱, 而对单轴应变的影响则更加明显且较为复杂.对于实验生长的常见S-K模式的量子点, 其弹性张量的立方对称度大于形状对称度, 因此应变分布中的各向异性主要由量子点形状的各向异性决定.量子点内部应变对于量子点各方向尺寸的相对变化较为敏感, 而量子点体积的变化对其应变分量几乎没有影响.     

Dependence of elastic strain field on the self-organized ordering of quantum dot superlattices

A systematic investigation of the strain distribution of self-organized, lens-shaped quantum dot in the case of growth di- rection on (001) substrate was presented. The three-dimensional finite element analysis for an array of dots was used for the strain calculation. The dependence of the strain energy density distribution on the thickness of the capping layer was investigated in detail when the elastic characteristics of the matrix material were anisotropic. It is shown that the elastic anisotropic greatly influences the stress, strain, and strain energy density in the quantum dot structures. The anisotropic ratio of the matrix material and the combina- tion with different thicknesses of the capping layer, may lead to different strain energy density minimum locations on the capping layer surface, which can result in various vertical ordering phenomena for the next layer of quantum dots, i.e. partial alignment, ran- dom alignment, and complete alignment.     

任意坐标系中的各向异性损伤理论

本文通过对损伤效应张量的变换,使损伤理论扩展到各向异性损伤的领域,变换后的损伤效应张量克服了只适用于主应力方向的局限性,从而可应用于工程实际的破坏分析。纯扭试验证实了本理论在工程实际中的应用性和损伤参数的可测性,试验还表明各向同性材料的各向异性损伤特性,且应力、应变越大,各向异性越显著。     

Dynamic analysis of fault rockburst based on gradient-dependent plasticity and energy criterion

Fault rockburst is treated as a strain localization problem under dynamic loading condition considering strain gradient and strain rate. As a kind of dynamic fracture phenomena, rockburst has characteristics of strain localization, which is considered as a one-dimensional shear problem subjected to normal compressive stress and tangential shear stress. The constitutive relation of rock material is bilinear (elastic and strain softening) and sensitive to shear strain rate. The solutions proposed based on gradientdependent plasticity show that intense plastic strain is concentrated in fault band and the thickness of the band depends on the characteristic length of rock material. The post-peak stiffness of the fault band was determined according to the constitutive parameters of rock material and shear strain rate. Fault band undergoing strain softening and elastic rock mass outside the band constitute a system and the instability criterion of the system was proposed based on energy theory. The criterion depends on the constitutive relation of rock material, the structural size and the strain rate. The static result regardless of the strain rate is the special case of the present analytical solution. High strain rate can lead to instability of the system.     

基于应变能均化指标和云模型的结构损伤识别

为了解决测量噪声等引起的损伤识别不确定问题,提出了基于应变能均化指标和云模型相结合的识别方法。分析了结构的模态应变能以及两种损伤指标,并考虑到模态应变能耗散率指标和等效指标之间的互补性质,通过均化方法建立了模态应变能均化指标;给出了云模型的基本理论,分析了云模型的数字特征、云处理算法以及确定度计算方法;结合随机测量噪声等引起的不确定性问题,建立了基于应变能均化指标和云模型的损伤识别方法。数值计算结果表明,应变能均化指标的识别结果略优于应变能耗散率指标和应变能等效指标,当考虑随机测量噪声时,云模型与应变能均化指标相结合的方法可以较好地进行含噪数据的损伤识别。     

爆炸载荷下拱坝脆性动力损伤有限元分析

基于连续损伤力学理论，用三维各向异性脆性动力损伤模型分析了拱坝及其岩基在爆炸载荷作用下的动力损伤问题.把损伤应变能释放率的概念引入岩石类介质的脆性动力损伤演化模型，并应用于独立研制的三维各向异性脆性动力损伤有限元程序（3-DADDFEP）,利用该程序对上述问题进行了有限元分析.研究表明，爆炸载荷作用附近以及其对应坝体背面的相应位置最易发生损伤破坏;爆炸载荷的峰值和持续时间对损伤的发展和扩散有重要的影响，当爆炸载荷产生的动应力远远高于材料的损伤发展门槛值时，材料的损伤将会急剧增加，这对结构的安全是极为不利的；由于爆炸载荷的作用时间比较短，损伤破坏的局部特征比较明显.