邓检良[1]2002年在《非线性粘弹性裂纹扩展的实验研究与计算模型》文中提出随着非线性粘弹性材料的广泛应用，非线性粘弹性材料的断裂问题成为生产实践和学术研究的重要问题。如何预测裂纹的扩展速度、预测材料的寿命成为引起广泛关注的问题。由于非线性粘弹性断裂问题的复杂性，对于该问题的研究往往需要借助于实验。 本文的研究目的在于利用现有实验条件找到观测裂纹扩展全过程的实验方法。 主要研究成果是：通过参考前人的实验方法和不断地试验摸索，找到了观测裂纹扩展全过程的有效方法；该实验方法所需设备较少，实验过程简便，数据可靠。利用本构关系并建立模型，得出了裂纹扩展速度表达式，初步解释了实验结果。 具体成果包括：①证实了双梁试件用于非线性粘弹性裂纹扩展研究实验的优点。双梁试件在实验中能观测到的扩展过程持续时间比较长；在计算能量释放车时，计算方法简便；模型结构相对简单。②得到了改性聚丙烯材料用于非线性粘弹性裂纹扩展实验的两种有效的试件形状及相应的试件尺寸；采用了一种简便可行并能减少失稳破坏的加载方法。③经过连续4个多月的实验，得到了一组有用的实验数据。④提出了一种计算非线性粘弹性裂纹扩展速度的模型。⑤与实验结果相对照，初步检验了模型的有效性，并分析了该模型的局限性。这些成果为今后非线性粘弹性断裂的实验研究提供了方法和经验，为今后的裂纹扩展理论研究提供了一种可以选择的模型。
郭翠芳[2]2003年在《非线性粘弹性体裂纹扩展速度的研究》文中进行了进一步梳理随着非线性粘弹性材料的广泛使用和材料在极端条件下的使用，在长期荷载作用下频繁出现的延迟性的灾难性的事故使得非线性粘弹性的裂纹起裂时间和裂纹扩展速度的研究成为亟待解决的问题。由于非线性粘弹性断裂问题的复杂性，对于该问题的研究还必须借助于实验。 本文的主要目的是在实验条件受限制的情况下找到观测裂纹扩展全过程的实验方法，并且在此基础上研究一种非线性粘弹性材料在小变形的情况下准静态的亚临界扩展速度问题。 本文的主要研究成果是：通过参考前人的实验方法和不断地进行试验摸索，找到了观测裂纹准静态亚临界扩展全过程的有效方法；该实验方法所需实验设备少，实验过程简单，数据真实可靠。计算出非线性弹性双悬臂梁试件的J积分；推导出非线性回复弹性双梁的J积分与非线性粘弹性双梁裂纹扩展速度的关系式；把裂纹扩展速度的理论预测和实验数据进行了比较；对不吻合的地方做了分析。 具体成果包括：1、证实了双悬臂梁试件用于非线性粘弹性裂纹扩展实验研究的优点：双悬臂梁试件在实验中能观测到的扩展过程持续时间比较长，在计算J积分时，计算方法简单；2、得到了改性聚丙烯材料用于非线性粘弹性裂纹扩展实验的两种有效的试件构形和相应的试件尺寸；采用不断改善夹具的方法使得加载稳定；3、经过连续四个多月的时间得到了一组有用的实验数据；4、得到了裂纹长度与时间的关系、裂纹扩展速度与时间的关系、裂纹扩展速度与裂纹长度的关系。5、计算了改性聚丙烯双梁对应的回复弹性J积分；得到裂纹扩展速度实验数据与J积分的关系图；6、推导了非线性回复弹性双梁J积分与非线性粘弹性双梁裂纹扩展速度的关系式；用理论公式预测了裂纹扩展速度理论值与J积分的关系图；7、最后把理论预测和实验结果做了比较。
张通[3]2003年在《工程高聚物蠕变破坏的非线性粘弹性行为及其银纹损伤的实验研究》文中认为本文以工程高聚物PMMA为主要研究对象，以粘弹性破坏理论为基础，以实验为手段，对高分子材料蠕变条件下的非线性粘弹性性能及其银纹损伤现象进行了初步探讨。 论文首先在绪论部分定性地分析了高分子宏观粘弹性现象的高分子机理，均是运动时间不同的各级分子链段逐渐对外力做出响应的过程。 在实验的基础上，对单轴PMMA试件的蠕变型本构关系进行了研究。做了叁组恒定应力条件下的无缺陷PMMA试件的蠕变实验，分别用Andrade理论、陈化理论、应变硬化理论及恒速理论对实验数据进行了拟合。实验与计算结果表明，蠕变明显地分为两阶段，Andrade理论能很好地模拟PMMA材料在恒定应力作用下的一维蠕变型本构关系；陈化理论在低应力水平下及应变硬化理论在蠕变第一阶段也可近似地描述PMMA的本构关系。同时用标准线性体模型对该材料的本构关系进行了模拟，并与实验曲线进行对比。这部分对高聚物变形行为的非线性和率相关性也进行了初步探讨。 本文的第叁章对高聚物的裂尖附近的应变场及其时间相关性进行了实验研究。利用云纹法，对四组含边裂纹的PMMA试件在恒应力条件下的裂尖周围的应变场进行了测定、分析，可以看出其明显的时间相关性，并与基于线弹性假设的裂尖应变场进行了对比。应用广义弹性—粘弹性对应原理，给出了线粘弹性体裂尖延长线应变值随时间变化的表达式，分析导致理论与实验情况随时间增加产生偏差的非线性因素。 本文的第四章从线粘弹性假设出发，从能量释放率的角度对实验中最终断裂的叁今含边裂纹的试件的寿命进行了预测，并与实验结果进行了对比，发现预测值明显偏低，分析了产生非线性的原因，进行了非线性修正。 本文最后对裂尖银纹损伤区演化现象、与裂纹的相互作用进行了理论分析和实验观测。对裂尖银纹损伤区的Dugdale模型进行了修正，将时间、位置、应变相关的损伤变量引入到银纹区的本构方程中。分析得出本文实验中银纹区内损伤、银纹应力随时间、距裂尖位置的表达式及银纹区尺寸所满足的积分方程。结合本文实验，得到了不同时刻裂尖银纹区应力、损伤的分布图形，并从材料损伤、能量耗散、银纹演化方面分析了它们产生变化的原因。
梁俊龙[4]2016年在《沥青路面动态模量及裂缝扩展研究》文中提出不管是基础理论还是工程实践,沥青路面动态模量和路面内部各种裂缝都是当前研究的热点。全面掌握沥青路面动态模量变化规律、正确认识沥青路面内部裂缝扩展机理,使得道路工作者能够进一步理解路面力学行为,这将促使和完善沥青路面的设计及养护工作。本文研究了基于动态模量的沥青路面力学响应和路面疲劳裂缝的扩展问题,并通过试验研究及数值分析的方法对上述问题进行论述,主要工作及结论如下:(1)利用沥青混合料基本性能试验仪(SPT)对SMA-13、AC-20、AC-25和ATB-25四种沥青混合料进行室内动态模量试验研究,分析了温度、加载频率影响下的动态模量和相位角的变化规律;基于分数阶积分理论,引入能够用于描述沥青混合料动态特性的分数阶导数粘弹性模型,对沥青混合料动态粘弹性采用分数阶导数叁元件固体模型进行研究,并分析了拟合效果。结果显示:通过使用较少的试验参数就能够得到用于描述沥青混合料动态特性模型,且拟合效果更好;分数阶参数r与相位角的相关性较好,具有一定的物理意义,可用于描述沥青混合料的动态粘弹性,它体现的是沥青混合料所处的粘弹性比例,对于沥青混合料它的值一般在0.30~0.50之间。(2)利用已经建立的沥青混合料动态模量主曲线,基于动态模量参数研究了沥青路面结构在不同车速、温度等因素下的力学响应,选取路表弯沉、沥青面层底拉应变及土基顶面压应变等指标进行分析,并与现行规范规定的静态抗压回弹模量路面结构力学响应进行对比;其次,基于断裂力学基本理论,在有限元方法中利用动态模量主曲线和时温转化因子确定行车速度下的沥青混合料力学性质,采用移动荷载模式,考虑行车速度、荷载及温度对含多裂纹的沥青路面结构进行动力特性分析。(3)在有限覆盖无网格法的基础上,采用改进的移动最小二乘插值构造的形函数处理位移边界条件,使得有限覆盖无网格法可用于处理连续与非连续性问题,并通过算例表明本方法的可行性。(4)将断裂力学引入有限覆盖无网格法,并编制了相关程序。通过程序模拟了叁点弯曲试件裂纹的扩展情况,并与已有研究成果进行对比,结果表明该方法能够较好的模拟混合料的扩展情况。通过试验成果与程序计算结果进行对比,可以看出裂纹的扩展路径趋势基本相同,对于裂纹扩展时出现的应力集中现象程序能够较准确的体现,并能够获得较精确的应力强度因子,因此程序能够用于裂缝的扩展行为。(5)通过有限覆盖无网格法模拟了沥青路面结构中裂纹的扩展路径。详细的评价了路面厚度、设计模量、行车荷载等因素影响下路面结构裂缝的扩展。采用灰色关联优势分析法分析了各影响因素对参数KI、KⅡ及θ的影响大小。在各种影响沥青路面表面裂缝扩展的因素中,其中路面结构层厚度及模量值和荷载是主要影响因素。裂缝的扩展方向随着裂缝的增长会发生改变。
薛启超[5]2012年在《聚氨酯弹性体钢夹层板的力学性能研究》文中认为聚氨酯弹性体钢夹层板结构是近年来出现的一种新型夹层板结构，广泛应用于船舶结构和桥梁结构的建造和修复工程中。聚氨酯弹性体钢夹层板结构具有强度高、制造加工方便、工业化程度高等特点使其具有广泛的应用前景。由于聚合物夹芯的存在，使得夹层板结构还具有优异的抵抗冲击、振动和疲劳的性能以及隔声、隔热性能好的优点。本文针对聚氨酯弹性体钢夹层板的力学性能进行系统的研究，具体研究内容如下：1、研究了聚氨酯弹性体的制备方法，开展了制备实验，研究了聚氨酯弹性体硬度随时间的变化关系。并开展了带肋钢夹层板试件的制备方法研究，给出了浇筑过程中的流速、管道直径和控制压力之间的关系，开展了聚氨酯弹性体的基本力学性能实验，并根据试验结果分别用两参数和叁参数固体模型描述其粘弹性本构关系。2、根据经典夹层板理论提出了一种基于挠度分析的夹层板弯曲等效方法，对经典的理论方法在保证足够精度的情况下进行近似的替代，此方法避免了经典夹层板理论建立偏微分方程组进行求解的缺点，便于广大工程技术人员理解和应用。还对内部带有隔板的聚氨酯弹性体钢夹层板结构的等效参数进行了计算，并使用有限元方法对计算得到的等效参数进行了验证。针对聚氨酯弹性体具有的粘弹性力学性能，文中还根据考虑粘弹性夹芯的Kelvin本构模型，对粘弹性夹芯夹层梁结构在静载和循环载荷下的挠度响应进行了计算和分析。3、在经典的带肋梁板组合结构临界屈曲应力分析的基础上，在分析过程中引入了屈曲折减系数，提出了对带肋夹层板结构进行临界屈曲载荷进行分析的理论方法，并对带肋聚氨酯弹性体钢夹层结构使用有限元工具进行特征值屈曲分析，开展了隔板夹层结构的屈曲实验，对实验结果、理论分析结果和有限元结果进行了对比，验证了分析的正确性。分析了SPS结构的皱曲问题。4、对聚氨酯弹性体夹芯板进行了叁点弯曲实验，实验发现在弯曲挠度超过一定程度时，卸载后裂纹会在一段时间内继续发生扩展。根据观察不同种类夹芯的DCB实验和SLB实验发现裂纹扩展角度对同一种试件相同。据此推导了根据裂纹扩展角度描述的临界应变能释放率的计算公式。同时还提出了使用层间粘结强度来评价试件临界破坏准则的方法，获得了软夹芯试件和硬夹芯试件的临界破坏的裂纹长度。5，开展的聚氨酯弹性体夹层梁试件的小变形阶段和大变形阶段的疲劳实验，使用第3章中的理论对聚氨酯弹性体夹芯梁疲劳试验中加载频率的影响进行了分析，发现了聚氨酯弹性体夹芯板材料在弯曲疲劳时存在停歇效应，并根据此提出了包含停歇效应的线性疲劳损伤模型，并给出了回复程度的表达式，用来计算停歇时间而导致的疲劳寿命的增加，最后开展了停歇疲劳实验，验证了停歇效应及提出的疲劳损伤模型。
翟越[6]2007年在《岩石类材料的动态性能研究》文中指出岩石类材料动态力学特性的研究是岩石力学较为基础的研究分支，这方面的工作较早源于原子能设施安全防护以及地震工程的研究。随着工程爆破在岩矿开采、地下洞室的营造以及场平开挖等工程中的广泛应用，岩石类材料的动态力学特性的研究有了较大的发展。与岩石类材料的静力学相比，其动力学问题在实验研究和力学分析上要复杂得多，物理和数学处理上也困难得多，因此到目前为止岩石类材料在动态实验研究和动力学理论分析上还处于不成熟阶段，某些研究领域还仅仅处于起步阶段。虽然国内外研究人员对岩石类材料在动荷载作用下的强度和变形特性做了一些卓有成效的工作，但这些工作主要集中在实验研究方面，而且大部分限于中低应变率下简单应力作用的实验研究，因此对其进行实验与理论相结合的系统研究是十分必要的。本文采用纯铜波形整形器改进后的分离式Hopkinson压杆装置(SHPB)，分别对新加坡地区的花岗岩和混凝土试件进行了中高应变率下的单轴冲击压缩和动态巴西圆盘实验。从动态实验研究出发，结合考虑多裂纹相互作用的滑移型裂纹模型、元件模型理论、反演分析以及数值计算等理论分析方法，将材料的微观特征与宏观现象相结合、理性与物性相结合，研究岩石类材料的内部微观结构与宏观动态力学特性的内在联系和规律，从宏观和微观两个角度对岩石类材料的动态力学特性进行充分地研究。旨在提出能为工程界所接受，便于数值分析的考虑损伤的岩石类材料动态本构模型及其研究方法。本文的研究内容和结果为：(1)花岗岩和混凝土材料在动态单轴荷载作用下的实验研究。针对岩石类材料的特性采用黄铜波形整形器改进了SHPB装置，有效地避免了加载冲击荷载时，脆性材料在内部应力达到均衡之前过早的破坏，并且有效地降低了应力波的高频震荡给实验数据带来的波动。利用改进后的SHPB装置对新加坡地区的花岗岩和混凝土试件在不同应变率下进行了动态单轴压缩实验和动态巴西圆盘实验。研究表明在中高应变率下，花岗岩和混凝土材料的单轴冲击压缩强度、破坏程度、能量吸收以及冲击拉伸强度等动态力学性能有较强的应变率相关性，而材料的弹性模量、动态破坏应变、能量吸收率等参数可视为应变率无关量；(2)花岗岩和混凝土材料的动态断裂性能研究。在实验的基础上，利用考虑多裂纹相互作用的滑移型裂纹模型，深入分析岩石类材料的微观内部缺陷对其宏观动态断裂特性的影响。分析表明裂纹面的摩擦系数决定了最易扩展的初始裂纹角度；正则化动态应力强度因子随着裂纹间距的增加而减小；动态应力强度因子与裂纹初始长度成正比；随着应变率的增加，临界裂纹初始长度有减小的趋势等；(3)花岗岩和混凝土材料的动态本构模型研究。通过考虑应变率强化因子和损伤弱化因子修正静态线弹性和非弹性本构模型，建立岩石类材料的动态弹性损伤本构方程，并通过标准应力-应变曲线的几何特征初步确定出本构方程的部分参数；在总结现有元件模型以及岩石类材料力学特性的基础上，通过弹性元件、粘元件、塑性元件以及损伤元件的串并联组合，建立了岩石类材料的粘弹塑性损伤动态本构模型，并推导出其微分形式的本构方程；(4)花岗岩和混凝土材料的动态力学特性反演分析。用计算机语言C++，编写基于下山法改进的自适应混合遗传算法的反演分析程序。结合SHPB实验结果，对花岗岩和混凝土材料的动态本构关系中的待定参数进行了反演分析。通过对再生应力-应变曲线与实验曲线的比较分析，证明该反演算法的参数识辨能力可以很好的满足SHPB实验的精度要求，并且验证了动态本构模型对于岩石类材料的适用性。(5)花岗岩和混凝土材料的动态特性数值分析。结合岩石类材料动态本构模型，分别建立了应力波在考虑损伤的非线弹性和粘弹塑性细长杆件中的一维波动方程，以及基于损伤动态弹性本构模型的空间轴对称波动方程。利用有限差分法，在非线弹性波的传播理论研究的基础上，数值模拟从子弹撞击入射杆到试件破碎的整个加载过程中应力波在两压杆和试件中的传播，并与实验结果比较得到了可靠性验证。编制了可以考虑径向变形的岩石类材料的多维数值模拟程序，为材料动态特性研究提出了新的思路和方法。
胡少青[7]2015年在《NEPE推进剂的粘—超弹本构模型及其应用研究》文中认为对火箭武器的远程化、轻型化要求,使得高能固体推进剂得到广泛的应用。其中NEPE固体推进剂,即硝酸酯增塑的聚醚聚氨酯(Nitrate Ester Plasticized Polyether)推进剂,由于其力学性能优良、密度较大以及比冲高等优点是最具有发展潜力的一类固体推进剂,也代表了近期固体推进剂发展的方向。为了更好的将这一新型推进剂应用于固体火箭发动机,需对其力学性能开展研究,并在此基础上建立相应的数学模型,以期解决NEPE推进剂的装药结构完整性问题。然而复杂的微观结构导致了 NEPE推进剂力学性能的复杂性,给推进剂的力学性能研究带来难度。因此,本文开展了 NEPE推进剂的宏观力学性能研究,主要包括以下内容:(1)进行了 NEPE推进剂力学性能的实验研究。通过低温、高温、常温时不同应变率下的NEPE推进剂单轴拉伸实验,得到NEPE推进剂的力学性能具有明显的率相关性与温度相关性,NEPE推进剂的屈服应力、初始模量、断裂应力均与应变率的对数呈线性关系,但材料的屈服应变和断裂应变与应变率没有明显的率相关性;松弛实验结果表明NEPE推进剂有明显的应力松弛现象,并用孟-Sorvari法获取了 Prony级数形式的松弛模量;多步松弛实验获取的平衡应力在变形较大时与极慢速拉伸结果有明显差异,是由于同等应变下的多步松弛实验造成的损伤大于极慢速拉伸试验造成的损伤所导致的;分别用过应力和应力比表征多步松弛实验的松弛特性,过应力随着应变先增加而后趋于平稳,而不同应变下的应力比没有统计学上的明显差异;可以推断损伤会引起平衡应力的变化,并不能引起松弛的时间特性的变化;在加载-卸载试验中材料表现出明显的Mullins效应,呈现出应力软化及明显的瞬时残余应变等现象。(2)基于本构模型的基本理论,建立了含体积膨胀损伤的粘-超弹本构模型。首先利用唯象学理论提出了一种粘-超弹本构模型,但由于模型不含损伤参量,不能较好的描述材料在有限变形下的力学性能;而后,利用热力学原理提出一种基于自由能理论的粘-超弹本构模型,通过分析材料的损伤及内部破坏形式,提出了一种含材料体积膨胀的损伤函数并应用到本构模型中,这种含损伤的粘-超弹本构模型能够准确预测材料单轴等速率拉伸及材料变速率拉伸-松弛过程的力学性能,满足工程应用的需求。(3)开展了 NEPE推进剂粘-超弹本构模型的数值计算方法研究。基于Abaqus有限元软件,编写了 UMAT子程序,并应用子程序对单轴拉伸及变速率拉伸进行仿真,数值仿真结果与实验结果吻合较好,说明本文提出的本构模型及其有限元计算方法是正确有效的。(4)开展了 NEPE推进剂粘-超弹本构模型的数值应用相关研究工作。仿真结果能够准确反映简单结构件的应力集中及应变集中现象,同时仿真得到的结构件在拉伸方向的反力与实验所得到的吻合较好;在切口件的实验及仿真结果均反映出切口件的应力集中系数对切口件的强度有显着影响,表明NEPE推进剂为切口敏感性材料;对不同星孔参数NEPE推进剂装药进行数值仿真分析,数值仿真结果能够反映出星孔装药在内压作用下的力学响应,得到了星孔装药结构强度随星孔参数变化的规律。研究结果表明,本文所建立的本构模型及其数值计算方法,能够准确描述NEPE推进剂的力学性能,并且能够有效应用于NEPE推进剂装药结构强度的数值计算,为含NEPE推进剂装药的发动机结构强度分析提供理论依据。
王萍[8]2015年在《泥页岩井壁水化损伤的蠕变失稳力学研究》文中进行了进一步梳理本文针对油气钻井工程中迫切需要解决的泥页岩井壁失稳关键性问题,以长庆油田长7层西峰233井区为依托,运用损伤力学与流变力学相结合的方法,重点考察泥页岩井壁岩石内部存在的微缺陷损伤以及入井流体和地下流体物化作用造成的流变效应的影响,利用核磁共振、力学实验、理论分析和数值模拟相结合的研究方法,构建并引入由核磁共振T2谱表征的水化损伤变量,建立考虑水化损伤和蠕变损伤的泥页岩蠕变模型,揭示泥页岩井壁围岩水化后初始缺陷蔓延、传播、贯通到坍塌破坏的蠕变特性和演化过程,形成泥页岩井壁蠕变损伤失稳研究的基本理论方法。论文的主要研究内容如下:(1)岩石组分构成及力学特性分析利用X衍射和扫描电镜的实验方法,对泥页岩岩心进行矿物组分结构和地层岩石物性特征的分析。测试结果发现:该地区的泥页岩中主要原生矿物有黄铁矿、长石和石英,其中石英含量为40%左右,岩石表现为明显的脆硬性。其中粘土矿物主要成分为伊蒙混层、伊利石、绿泥石。区域地层的泥页岩压实程度较高,水平层理及微裂隙发育明显。对不同含水状态下泥页岩岩样进行单轴、叁轴抗压强度力学变形实验,获得了应力—应变关系曲线。从结果可以看出:水化对岩石的力学性能影响很大,降低岩石的整体力学性能。(2)泥页岩蠕变特性实验研究对岩石进行不同含水率下叁轴蠕变实验,试样在整个加载过程中,经历了衰减蠕变、等速蠕变和加速蠕变叁个蠕变阶段。针对相同荷载水平不同含水条件的对比分析表明,随着含水率的提高,同级荷载情况下岩石蠕变进入稳定阶段所需的时间基本越长、蠕变加载瞬间应变越大、总应变量越大,而岩石长期强度呈减小的趋势。(3)基于核磁共振的泥页岩水化损伤特征及演化分析利用核磁共振技术对不同浸泡时间的脆硬性泥页岩试样进行测量,得到不同浸泡时间后试样质量变化、横向弛豫时间T2谱分布以及核磁成像。结果表明:水化作用会对岩石内部产生损伤,随着浸泡时间的延长,微裂缝在水化的作用下快速扩展、贯通,使岩样表面产生明显裂纹。核磁共振T2谱图和成像结果表明水化作用使岩样孔隙结构重新分布,T2曲线信号幅度发生明显变化。建立了由核磁共振T2谱图表征的损伤变量,为识别岩石材料的损伤,提供了新的方法。(4)考虑初始水化损伤和蠕变损伤的泥页岩蠕变本构模型研究分析不同含水状态下泥页岩蠕变特性,引入由核磁共振T2谱表征的水化损伤变量,建立考虑水化损伤和蠕变损伤的泥页岩蠕变模型。采用类比法,在提出的一维蠕变损伤演化方程的基础上,建立同时考虑瞬时损伤和蠕变损伤的叁维流变本构模型。该模型既能描述岩石水化损伤后的衰减蠕变和稳定蠕变,又能描述岩石在高应力下的加速蠕变。是一个能反映蠕变叁个阶段的水化损伤非线性蠕变模型。利用模型对长7泥页岩的蠕变试验数据拟合的结果表明,该模型可以很好地描述泥页岩水化损伤后岩石的蠕变特性。(5)泥页岩的水化损伤蠕变的有限元分析及工程应用利用FORTRAN开发环境,把建立的叁维损伤流变本构模型编译成子程序,在ABAQUS中采用开发程序对泥页岩叁轴蠕变实验进行数值模拟,然后通过和泥页岩的蠕变实验结果进行对比,验证非定常流变本构模型及程序编制的正确性。将所建的水化损伤蠕变模型用于长7层西峰233井区泥页岩层钻井井壁稳定分析,给出考虑损伤蠕变后泥页岩层钻进的钻井液密度图版,用以指导现场钻井。
杨圣奇[9]2006年在《岩石流变力学特性的研究及其工程应用》文中研究指明岩石流变力学试验不仅是了解岩石流变力学特性的最重要手段,而且是构建岩石流变本构模型的重要基础。水利水电工程高坝坝基大多建于硬岩岩基上,高坝的建设往往伴随着岩石高陡边坡和大型地下洞室群的岩石工程问题,为了预测岩石工程的长期稳定性,有必要开展硬岩的流变力学特性研究尤其是叁轴流变试验研究。岩石流变力学理论作为岩石力学中的前沿课题,近年来,研究工作进展较快,特别是利用实测试验资料反演流变模型参数、进而发展到对未知模型的辨识等。但岩石流变力学理论至今还不很成熟,许多重大岩石工程的建设为岩石流变力学理论研究带来了严峻的挑战,当前岩石流变力学特性和本构模型理论的研究仍是其难点和热点问题。有鉴于此,本文采用试验研究、理论分析和数值模拟相综合的研究方法,基于岩石的叁轴流变试验,运用非线性力学与损伤力学理论探讨岩石流变力学特性,主要研究硬岩在不同围压作用下的流变力学特性,建立岩石非线性流变本构模型,并将岩石流变力学特性的研究成果应用到重大水利水电岩石工程实践中。 本文的主要研究工作如下: (1)基于在伺服试验机上得到的不同尺寸岩石单轴压缩瞬时力学特性试验结果,分析了岩石材料力学参数与尺寸之间的关系,采用损伤力学理论,考虑微元体破坏以及弹性模量与尺寸之间的非线性关系,建立了考虑尺寸效应的岩石损伤统计本构模型。采用伺服试验机对岩石进行了叁轴压缩试验,从强度、变形以及能量角度,研究了围压对岩石叁轴压缩瞬时力学特性的影响规律,分析了岩石叁轴压缩瞬时破坏机理。 (2)采用岩石全自动叁轴流变伺服仪,对坚硬大理岩与绿片岩进行了叁轴流变试验,研究了岩石在不同围压作用下的轴向应变以及侧向应变随时间变化规律,探讨了不同应力水平下的轴向以及侧向流变速率变化趋势,分析了岩石叁轴流变过程中的变形特性,讨论了岩石体积流变及流变速率规律,掌握了坚硬大理岩与绿片岩叁轴流变特性的基本规律,为流变数值分析时参数的辨识提供了可靠试验依据。为了从机理和本质上对岩石流变力学特性有更清楚地认识,通过对瞬时加载和长期荷载作用下岩石破坏断口进行电镜扫描试验分析,考察岩石细观组构变化对叁轴流变力学特性的影响,从岩石微细观角度来解释宏观流变力学特性,明确了复杂应力状态下岩石流变破裂机制。 (3)基于岩石叁轴流变试验研究结果,提出了一个新的非线性粘性元件,并
赵超[10]2015年在《改性双基推进剂断裂力学行为研究》文中认为随着固体火箭发动机朝大口径、远射程的方向发展,具有粘弹力学特征的改性双基推进剂表现出越来越明显的率相关性,尤其是在高点火冲击、高发射过载、跌落撞击等冲击载荷下,其力学性能完全区别于准静态条件。本文针对这种情况,使用脆性材料力学理论对改性双基推进剂断裂力学行为进行了研究。本文使用分离式霍普金森压杆(SHPB)和万能材料试验机对改性双基推进剂的I型和II型断裂行为进行了实验研究。I型断裂主要进行了10-4～101s-1应变率下的单轴拉伸断裂实验,得到了平面应力、应力集中对断裂性能的影响及断裂能在准静态条件下随应变率的变化规律。II型断裂研究使用剪切试件进行102-103s-1应变率下的高速撞击实验,得到了改性双基推进剂高应变率下的断裂行为判定准则；并补充以104～101s-1应变率下的剪切试件压缩实验作为对比。通过实验结果比较可知,改性双基推进剂在高应变下表现出脆性断裂现象,而准静态环境中只有在大变形下才会发生断裂,即应变率对材料断裂形式影响很大。高应变率下,断裂能与应变率呈线性相关；准静态下,断裂能与应变率呈指数相关。同时,本文还使用分离式霍普金森压杆对改性双基推进剂的本构进行了研究,得到了可以准确描述该材料在高应变率下力学行为的线性ZWT本构模型。为了将上述实验结果用于改性双基推进剂工程预测数值计算,采用FORTRAN语言对材料的本构模型和断裂行为判定准则进行了VUMAT程序实现。最后使用ABAQUS对圆柱形试件和II型剪切试件进行数值计算验证,以确定材料的本构与断裂行为判定准则的正确性。
参考文献：
[1]. 非线性粘弹性裂纹扩展的实验研究与计算模型[D]. 邓检良. 湘潭大学. 2002
[2]. 非线性粘弹性体裂纹扩展速度的研究[D]. 郭翠芳. 湘潭大学. 2003
[3]. 工程高聚物蠕变破坏的非线性粘弹性行为及其银纹损伤的实验研究[D]. 张通. 武汉理工大学. 2003
[4]. 沥青路面动态模量及裂缝扩展研究[D]. 梁俊龙. 长安大学. 2016
[5]. 聚氨酯弹性体钢夹层板的力学性能研究[D]. 薛启超. 哈尔滨工程大学. 2012
[6]. 岩石类材料的动态性能研究[D]. 翟越. 长安大学. 2007
[7]. NEPE推进剂的粘—超弹本构模型及其应用研究[D]. 胡少青. 南京理工大学. 2015
[8]. 泥页岩井壁水化损伤的蠕变失稳力学研究[D]. 王萍. 西北工业大学. 2015
[9]. 岩石流变力学特性的研究及其工程应用[D]. 杨圣奇. 河海大学. 2006
[10]. 改性双基推进剂断裂力学行为研究[D]. 赵超. 南京理工大学. 2015
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