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。     

混凝土正交各向异性损伤模型的研究

混凝土的基本破坏机理是微开裂。基于不可逆过程热力学,用连续介质力学的方法建立了一个混凝土正交各向异性损伤模型。在模型中用一个二阶对称张量Ｄ来描述损伤,利用能量等效假设来考虑损伤对弹性张量的影响,并直接假设了损伤增量与不可逆应变增量之间的关系式,而不是用经典塑性理论来处理不可逆应变。模型只需一个加载函数。模型与Ｋｕｐｆｅｒ,Ｔａｓｕｊｉ等的试验结果吻合较好。     

基于S变换的波动理论识别结构损伤

基于波动理论的结构损伤识别方法因其物理概念明确、敏感性高、识别直接等优势而越来越受到青睐。S变换作为小波变换和短时傅里叶变换的继承和发展,相对于傅里叶变换免去了窗函数的选择,改善了窗宽的固定缺陷。因此,提出了一种基于S变换的波动理论识别结构损伤的方法。对结构输出信号进行S变换,通过传递函数可以求出波在结构中的传播速度。根据波动理论建立了波在结构中的传播速度与结构刚度的关系,进而构建了基于刚度的波动损伤指标。利用损伤指标判断损伤状况,包括结构是否损伤、损伤位置和损伤程度。最后通过环境激励下弹性分层剪切梁的数值模型对该方法进行有效性验证,结果表明,该方法能够有效识别结构损伤位置,且能够识别出损伤程度。研究结果对结构健康监测在实际工程中的应用有一定支撑作用。     

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.     

考虑各向异性损伤的统一弹塑性损伤模型

采用基于连续介质热力学与连续介质力学的宏观唯象理论的研究方法,引入俞茂宏相当应力,建立了各向异性损伤的统一弹塑性损伤模型和损伤演变相当应力模型,该模型考虑了材料的拉压异性与中间主应力效应,并将静水应力效应与偏应力效应分开考虑,符合从岩土到金属等各种材料实际,具有很广泛的实用性.     

软粘土地基各向异性初步探讨

文中首先应用有限单元法分析了土体各向异性对圆形贮罐沉降和地基侧向位移的影响。然后,通过室内试验测定了金山粘土各向异性对应力一应变关系及压缩性的效应。最后,在试验研究和有限单元法分析的基础上,提出一组考虑土体各向异性和非线性的弹性系数实用方程式,供工程分析应用。     

多层横观各向同性地基沉降理论解的推导

从应力平衡方程出发,引入位移调和函数,采用亨克尔积分变换法,推导了多层横观各向同性地基内任一点集中荷载作用下的弹性理论解.通过与文献结果比较,计算结果表明:采用Euler变换能够加快Hankel逆变换数值积分的收敛速度,该方法不仅可以考虑土体在竖直方向上由于地质沉积过程而形成的成层性,还可分析同一水平面上土的固有各向异性性质,使得理论计算的基本假定更接近于工程实际情形.     

横观各向同性复合半平面问题虚应力边界元法的研究

在采矿及其它岩土工程中遇到的大量岩体呈明显各向异性。本文以各向异性弹性理论为基础,采用富氏变换导出了横观各向同性复合半平面问题的虚应力边界元法,并与其它算法进行了比较,验证了该算法的正确性及优越性,并以一应用实例说明了它的实用性。     

外加恒定磁场复合微波媒质负折射率条件

以亚铁磁媒质-YIG为基体,在其中嵌入金属导体线阵列是人工合成负折射率微波媒质的一种新方法。该方法采用了复合媒质磁导率张量的修正有效媒质理论,并推导出复合媒质介电常数张量的修正有效媒质理论,把在恒定磁场作用下复合媒质宏观上等效为一种磁导率和介电常数都为各向异性的媒质。分析得到了等效磁导率和等效介电常数张量,做出了色散曲线,获得了负折射率条件。     

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.     

弹性各向异性损伤

采用损伤影响张量,研究了弹性各向异性损伤时的有效应力,按照Lemaitre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.由于应变应该具有对称性,因此要求有效柔度张量具有对称性.本文采用Sidoroff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.     

砂土内在各向异性的本构模拟

基于砂土的应力-应变-强度关系受土骨架结构朝向和主应力方向间相对关系影响,相同状态砂土在三轴压缩条件下剪切膨胀,在三轴拉伸条件下剪切收缩的研究.介绍一个模拟砂土内在各向异性的本构模型.模型采用描述材料内在各向异性的二阶对称组构张量和各向异性状态变量(组构张量和应力张量的联合不变量)描述土的各向异性.在e-p平面,临界状态线不固定,而与各向异性状态变量相关.塑性模量也与各向异性状态变量相关.模型能在很大应力和密度变化范围内模拟砂土的剪缩和剪胀行为,特别是主应力方向和土骨架结构朝向间夹角对砂土性质的影响.模拟结果与实验数据吻合.     

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.     

考虑土体强度各向异性的边坡稳定性分析

由于天然土体具有各向异性特征,应在边坡稳定性分析中考虑其影响. 对于黏土材料,将各向异性状态参数定义为材料组构张量与标准化偏应力张量之间的联合不变量,提出在抗剪强度指标c和φ中耦合该参数的表达式,并结合已有的试验结果验证了该公式的有效性. 将各向异性强度参数公式应用于边坡稳定分析,并进行大量计算. 研究表明：对于坡角为14°的缓坡,考虑强度各向异性的影响后,边坡安全系数降低可达22.0%;当坡角增加到55°时,各向同性与各向异性安全系数相对差值略大于8.0%. 即表明土体强度的各向异性对缓坡安全系数的影响比对陡坡的大,尤其对于高而平缓的边坡,这种影响应当引起重视.     

Virtual multi-dimensional internal bonds model and its application in simulation of rock mass

VMIB (virtual multi-dimensional internal bonds) is a multiscale mechanical model developed from the VIB (virtual internal bond) theory. In VIB theory, the solid material is considered to consist of random-distributed material particles in microscale. These particles are connected with normal bonds. The macro constitutive relation is derived from the cohesive law between particles. However, in VMIB, the micro particles are connected with both normal and shear bonds. The macro constitutive relation is derived in terms of bond stiffness coefficients. It has been theoretically certified that there exists a corresponding relationship between the two bond stiffness coefficients and the two macro material constants, i.e. the Young's modulus and Poisson ratio. This corresponding relationship suggests that it should be necessary and sufficient to simultaneously account for the normal and shear interactions between particles. Due to the fact that the fracture criterion is directly incorporated into the constitutive relation, both VIB and VMIB present many advantages in simulating fractures of materials. In the damage model of rock mass, a damage tensor is usually defined to describe the distribution of cracks. The damage value in one direction determines the relative stiffness of rock mass in this direction. In VMIB solid, the relative distribution density of micro bonds in one direction determines the relative macro stiffness of the material in this direction. The effects of the damage value and the relative distribution density of bonds are consistent. To simulate the failure behavior of rock mass with VMIB, the presented paper sets up a quantitative relationship between the damage tensor and the relative distribution density of bonds. Comparison of the theoretical and the experimental results shows that VMIB model can represent the effect of distributed cracks on rock mass with this relationship. The presented work provides a foundation for further simulating fracture behavior of rock mass with VMIB model, and an alternative approach for modeling other multi-cracked body. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 50609013)     

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．     

Vibrational shear flow of anisotropic viscoelastic fluid with small amplitudes

Using the constitutive equation of co-rotational derivative type for anisotropic viscoelastic fluid-liquid crystalline(LC),polymer liquids was developed.Two relaxation times are introduced in the equation:λn represents relaxation of the normal-symmetric stress components;λs represents relaxation of the shear-unsymmetric stress components.A vibrational rotating flow in gap between cylinders with small amplitudes is studied for the anisotropic viscoelastic fluid-liquid crystalline polymer.The time-dependent constitutive equation are linearized with respect to parameter of small amplitude.For the normal-symmetric part of stress tensor analytical expression of the shear stress is obtained by the constitutive equation.The complex viscosity,complex shear modulus,dynamic and imaginary viscosities,storage modulus and loss modulus are obtained for the normal-symmetric stress case which are defined by the common shear rate.For the shear-unsymmetric stress part,two shear stresses are obtained thus two complex viscosities and two complex shear modulus(i.e.first and second one) are given by the constitutive equation which are defined by rotating shear rate introduced by author.The dynamic and imaginary viscosities,storage modulus and loss modulus are given for each complex viscosities and complex shear modulus.Using the constituive equation the rotating flow with small amplitudes in gap between two coaxial cylinders is studied.