单轴拉伸条件下细观非均匀性岩石损伤局部化和应力应变关系分析

岩石在拉应力状态下的力学特性不同于压应力状态下的力学特性．利用细观力学理论研究了细观非均匀性岩石拉伸应力应变关系包括:线弹性阶段、非线性强化阶段、应力降阶段、应变软化阶段.模型考虑了微裂纹方位角为Weibull分布和微裂纹长度的分布密度函数为Rayleigh函数时对损伤局部化和应力应变关系的影响,分析了产生应力降和应变软化的主要原因是损伤和变形局部化.通过和实验成果对比分析验证了模型的正确性和有效性．     

变围压-孔压条件下含气煤岩应力应变关系研究

为研究围压及孔压对含气煤岩本构关系的影响,基于弹性力学及破坏理论,建立了细观非均匀弹脆性模型,利用FEPG数值模拟软件,编制了有限元计算程序,用数值方法模拟了含气煤岩体在变围压-孔压条件下的变形及破坏规律.结果表明,围压增大时,煤岩体由脆性逐渐转呈柔性,且承载能力有所增强,而孔压的影响则恰好相反.将数值模拟结果分别与变围压、变孔压实验数据进行了对比,两者基本相符,充分验证了力学模型的适用性及计算程序的正确性.     

固体力学中的连续动态演化系统与Hamilton-Jacobi-Bellman方程

在许多固体力学所研究的前沿性领域中,如损伤力学、细观力学、粘塑性问题、蠕变问题等,其最突出的特点就是高度非线性、本构行为的时间相关性以及动态演化性.本文应用控制理论描述这一动态演化力学系统,并结合经典力学变分原理建立相应的用于固体力学的最优控制变分原理.首先,讨论它的连续形式,即相应的Hamilton-Jacobi-Bellman方程;然后,给出相应的数值解形式和算例.     

整周期复合材料弹性结构的有限元计算

1．引言周期性复合材料与周期结构的弹性力学问题，由于其材料特征剧烈振荡，且周期很小，问题相当复杂，除了一些特殊的和简单的问题可以用解析法求解外，多数问题很难或不可能用解析法求解，需要采用数值方法计算，有限元法无疑是最有效的方法之一．用细观力学方法研究复合材料的力学问题时，需要涉及纤维的排列情况，纤维和基体的性能，界面的分布情况，以及细观的几何参数和物理参数等．由于复合材料细观构造的不均匀性和不规则性，损伤和缺陷的存在，以及许多难以精确测定的因素，使得复合材料的细观力学问题十分复杂，不作出一些简化…     

双重孔隙渗流作用井眼围岩损伤力学模型研究

考虑双重介质建立了井眼围岩力学模型,考虑井眼围岩岩体为孔隙、裂缝双重介质,将围岩区域分为破坏区、损伤区和弹性区,建立双重介质渗流作用下的井壁围岩不同区域的损伤力学计算模型和井眼损伤区域的计算方法,计算结果表明理论计算模型与有限元模拟结果吻合较好.     

考虑混凝土材料非均质特性的近场动力学模型

混凝土内部微细观结构影响其损伤和破坏行为.鉴于传统连续介质力学在模拟混凝土损伤累积和渐进破坏过程中存在的问题,基于数值图像技术获得混凝土试件的内部骨料形态,采用键型近场动力学理论,建立了能够考虑混凝土非均质特性的近场动力学模型,并在ABAQUS平台下开发了相应的计算模块,进行了混凝土试样的拉伸和压缩细观破坏分析.结果表明:近场动力学模型和数值方法能够成功模拟混凝土材料的复杂破坏过程,得到的破坏现象与试验结果吻合程度较好,进一步探究了混凝土材料的破坏机制,完善了混凝土结构的破坏分析过程.     

任意厚度具有自由边叠层板的精确解析解

自由边问题一直是三维弹性力学中的难题,通常很难满足自由边上一个正应力和两个剪应力都等于0．基于三维弹性力学基本方程和状态空间方法,引入自由边界位移函数并考虑全部弹性常数,建立了正交异性具有自由边单层和叠层板的状态方程．对状态方程中的变量以级数形式展开,通过边界条件的满足精确求解任意厚度具有自由边叠层板的位移和应力,此解满足层间应力和位移的连续条件．算例计算表明,采用引入的位移函数形式,简化了计算过程并且采用较少的级数项可以获得收敛解．与有限元方法计算结果进行了对比,可以得到较高精度的数值结果．其解可以作为其它数值方法和半解析方法的参考解．     

危岩主控结构面损伤模型研究

危岩是迄今研究程度极其薄弱的地质灾害类型,而主控结构面受荷损伤是危岩发育机理研究的核心技术．通过定义主控结构面裂端损伤区,运用损伤力学方法建立了裂端损伤区的即时泊松比和即时弹性模量的计算方法,并据此构建了主控结构面裂端损伤本构方程,为主控结构面断裂演化数值模拟奠定了理论基础．     

二维多裂纹弹性体的有效弹性模量

采用严格考虑微裂纹相互作用的分析方法 ,针对微裂纹随机分布和平行分布两种情况 ,计算了无限大体中代表性体元 (RVE)的有效弹性模量 ,并与其他细观损伤理论所得结果和试验结果进行了比较 .数值计算结果表明 ,所用方法简单精确 ,对求解多裂纹体问题非常有效     

损伤对粘弹性矩形板非线性动力特性的影响

研究了考虑损伤效应的粘弹性矩形板在横向周期载荷作用下的非线性动力学问题．基于Von Karman方程、Boltzmann叠加原理和连续损伤力学理论,建立了以中面位移表示的考虑损伤效应的粘弹性薄板的非线性动力学方程,然后,应用有限差分法和Newmark法进行求解,并与相应的文献作出了比较．具体讨论了外载荷参数和板的几何尺寸对含损伤效应的粘弹性板非线性动力响应的影响．数值结果表明,考虑损伤效应时,结构的非线性动力响应会发生显著的变化．     

New damage evolution model of rock material

As a kind of natural engineering material with original defects, there are distinctly nonlinear and anisotropic mechanical behaviors for rock materials. Nevertheless, the rock damage mechanics can solve this problem well. However, for the complexity of mechanical property of rock material, the mature and applicable model to describe the rock failure process and the method to determine the maximum damage value have not been established very well. To solve this problem, one new damage evolution model for rock material has been proposed. In this model, the least energy consumption principle proposed to describe the fracture process of materials is used. Using the experimental data of granite sample under uniaxial compression and the results of numerical tests under uniaxial tension and uniaxial compression, this model is verified. Moreover, the results of the new model have been compared with the results of the tests (numerical test and real test) and the traditional damage model. The comparison shows that the new model has the higher accuracy and better reflects for the fracture process of the granite sample. Moreover, the released damage energies of the new model and Mazars model are different, and the released damage energy of the new model is slightly less than that of the Mazars model.     

单轴作用下岩土材料的双重介质本构模型

基于弹塑性力学和损伤力学理论,将岩土材料视为孔隙-裂隙双重介质,假设孔隙介质不发生损伤,而裂隙介质随应变的增加发生损伤,建立了单轴作用下岩土类材料的双重介质本构模型隐式表达式,并利用Newton迭代法得出了材料的全程应力-应变曲线．分析结果表明,岩土材料中裂隙空间展布的多态性（均匀展布、集中展布和随机展布）是岩土材料本构关系千变万化的根本原因．由于双重介质本构模型将岩土材料的弹性主体（孔隙介质部分）和损伤主体（裂隙介质部分）分化开来,对于研究岩土或含损伤材料的破坏具有实用价值和理论意义．     

基于有损伤体元件的广义Kelvin模型蠕变全过程探究

岩石的蠕变特性往往对隧道和地下工程的稳定性有着重要的控制作用.针对岩石蠕变的阶段性特征,可将岩石蠕变全过程分为四个阶段.广义Kelvin模型可较好地反映前三个阶段的岩石蠕变特性,不能理想地反映加速蠕变阶段特征.通过引入损伤体元件和Kachanov的损伤因子演化公式,构建了具有损伤体元件的广义Kelvin模型,从而建立了...     

考虑损伤的修正梯度弹性理论

梯度弹性理论在描述材料微结构起主导作用的力学行为时具有显著优势,将其与损伤理论相结合,可在材料破坏研究中考虑微结构的影响.基于修正梯度弹性理论,将应变张量、应变梯度张量和损伤变量作为Helmholtz自由能函数的状态变量,并在自然状态附近对自由能函数作Taylor展开,进而由热力学基本定律,推导出修正梯度弹性损伤理论本构方程的一般形式.编制有限元程序,模拟土样损伤局部化带的发展演化过程.结果表明,修正梯度弹性损伤理论消除了网格依赖性;损伤局部化带不是与损伤同时发生,而是在损伤发展到一定程度后再逐渐显现出来.     

高温作用下混凝土热-水-力耦合损伤分析模型

以混合物理论为基础建立了高温作用下混凝土的热-水-力耦合损伤分析模型．将混凝土视为由固体骨架、液态水、水蒸气、干燥气体和溶解气体共5种组分构成的混合物,模型的宏观平衡方程包括各组分的质量守恒方程、整体的能量守恒方程及动量守恒方程,模型所需的状态方程及本构关系全部给出,最后给出基于4个主要参数（固体骨架位移、气压力、毛细压力和温度）的控制方程．模型考虑了混凝土在高温作用下,水分的蒸发与冷凝、胶结材料的水化及脱水、溶解气的溶解与挥发等相变过程;从材料变形破坏过程中能量耗散特征入手,基于Lemaitre应变等价性假说和能量守恒原理得到力学损伤演化方程,并考虑了高温引起的热损伤对材料力学性能及力学损伤演化规律的影响,建立了热-力耦合损伤本构模型．     

反映混凝土单边效应的弹塑性损伤本构模型及应用

为了尽可能有效和准确地描述混凝土材料的非线性力学特性,在研究国内外混凝土损伤本构模型的基础上,基于连续介质损伤力学和不可逆热力学的理论框架,采用统一强度理论作为屈服破坏准则,分别定义拉、压双标量损伤来考虑材料的拉、压迥异特性,同时引入反向加载影响因子以修正拉压交替循环加载时材料的单边效应,以及多轴应力状态下拉、压损伤累积的相互影响,最终采用显式积分算法建立了一种改进的混凝土弹塑性损伤本构模型.不同素混凝土加载试验模拟结果初步验证了建议模型的有效性,而通过对含I型裂缝的混凝土简支梁试验进行数值分析,结果表明,所得的荷载 挠度曲线与试验结果吻合良好,进一步检验了模型应用于结构非线性分析的有效性.     

考虑地震力方向的倾倒式危岩可靠度分析

侧向卸荷作用导致高陡边坡发育大量危岩体,危岩体在降雨、地震作用下易发生失稳破坏,判断其失稳的概率对危岩防治具有重要意义.该文以倾倒式危岩体为例,建立了考虑地震力作用方向下最危险方向的物理力学模型,利用函数极值理论建立了最危险地震力作用方向的表达式,结合可靠度理论建立了倾倒式危岩体可靠度指标、失稳概率表达式及判断标准.通过对重庆南川金佛山危岩体案例的分析表明:工况1的最危险地震力作用方向与水平方向的偏转角θ在5°范围内,工况2的最危险地震力作用方向与水平方向的偏转角θ在10°左右;危岩体最危险作用方向不是一个固定角,其值与危岩体形态、裂隙水作用力大小、岩腔深度等有关.当主控结构面裂隙长度较小时,最危险地震力作用方向与水平夹角很小,随主控结构面裂隙长度增大,最危险地震力作用方向与水平夹角显著增大;危岩体失稳概率随主控结构面裂隙长度增加而增大,工况2较工况1增大幅度更明显.该研究成果对危岩的防灾减灾具有重要意义.     

Hydraulic fracturing modeling using the enriched numerical manifold method

Recent attempts to solve rock mechanics problems using the numerical manifold method (NMM) have been regarded as fruitful. In this paper, a coupled hydro-mechanical (HM) model is incorporated into the enriched NMM to simulate fluid driven fracturing in rocks. In this HM model, a “cubic law” is employed to model fluid flow through fractures. Several benchmark problems are investigated to verify the coupled HM model. The simulation results agree well with the analytical and experimental results, indicating that the coupled HM model is able to simulate the hydraulic fracturing process reliably and correctly.