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动态恒速剪切下砂岩粗糙结构面的力学行为及嗣后渗流特性 被引量:1
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作者 蔚立元 武东阳 +2 位作者 苏海健 袁紫宸 鞠明和 《爆炸与冲击》 北大核心 2025年第6期92-108,共17页
为了探究岩石粗糙结构面的动态剪切力学响应以及损伤结构面的渗流特性:首先,采用动态恒速剪切系统对砂岩粗糙结构面开展不同剪切速率条件下的剪切力学试验,分析了剪切速率以及结构面粗糙度系数对峰值抗剪强度以及滑移特征的影响;随后,... 为了探究岩石粗糙结构面的动态剪切力学响应以及损伤结构面的渗流特性:首先,采用动态恒速剪切系统对砂岩粗糙结构面开展不同剪切速率条件下的剪切力学试验,分析了剪切速率以及结构面粗糙度系数对峰值抗剪强度以及滑移特征的影响;随后,利用三维扫描技术获得动态剪切前后粗糙结构面的损伤特征,并开展不同围压条件下的损伤结构面渗流试验,探究动态剪切作用后损伤结构面的嗣后渗流特性。动态剪切试验结果表明,砂岩结构面的动态峰值抗剪强度随着剪切速率的增加而降低,而剪切速率对剪切刚度的影响规律不明显。随着剪切速率由50 mm/s增加至210 mm/s,粗糙度系数为12.43的砂岩结构面峰值抗剪强度由8.49 MPa下降至6.88 MPa。此外,在相同剪切速度条件下,砂岩结构面的动态峰值抗剪强度随着结构面粗糙度的增加而增大。损伤砂岩结构面高程分布频率均随着剪切速度的增加而下降。相同粗糙度条件下,结构面损伤程度随着剪切速率的增加总体呈上升趋势,导致裂隙开度降低,进而影响结构面的渗透性能。渗流试验结果表明,动态剪切作用后的损伤砂岩结构面水力梯度和体积流量关系符合Forchheimer方程。此外,在相同的围压条件下,损伤结构面的渗透系数随着剪切速率的增加而降低,而随着粗糙度系数的增加而升高。 展开更多
关键词 动态恒速剪切 砂岩粗糙结构面 剪切速率 峰值抗剪强度 损伤特征 渗流特性
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缓倾结构面岩体在梯度应力作用下的岩爆模型
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作者 吝曼卿 卢祥龙 +3 位作者 夏元友 张兰 廖奇 杨涛 《爆炸与冲击》 北大核心 2025年第6期167-180,共14页
深部开挖引起的围岩梯度应力和岩层天然赋存的缓倾硬性结构面是影响岩爆特性的重要因素。借助气液复合加载的岩爆模拟装置,对预制含不同硬性缓倾结构面大尺寸(400 mm×600 mm×1 000 mm)类岩体试件进行了三向加载-单面卸载的应... 深部开挖引起的围岩梯度应力和岩层天然赋存的缓倾硬性结构面是影响岩爆特性的重要因素。借助气液复合加载的岩爆模拟装置,对预制含不同硬性缓倾结构面大尺寸(400 mm×600 mm×1 000 mm)类岩体试件进行了三向加载-单面卸载的应力梯度加卸载岩爆试验,通过数字图像相关(digital image correlation,DIC)、声发射、红外辐射和高速摄影等多种监测手段,研究了含缓倾结构面试件的岩爆演化特征及破坏机制。研究结果表明:缓倾结构面的存在对试件的破坏模式具有控制性作用,在极大程度上制约了岩爆坑的边界与形态,并加速了岩爆的发生;验证了试件发生岩爆的位置主要分布在试件结构面之间的区域,且该区域的红外辐射值和DIC应变场在破坏之前显著高于卸载面其他位置;随着缓倾结构面倾角的增大,试件声发射峰值能量和累计能量均随之增大,产生的剪切破坏占总破坏比例上升,孕育的岩爆烈度增强。 展开更多
关键词 岩爆 缓倾结构面 梯度应力 破坏特征 声发射 数字图像相关
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高温机械强度若干前沿探索与展望
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作者 涂善东 王润梓 温建锋 《机械强度》 北大核心 2025年第9期1-37,共37页
高温机械强度是保障先进能源动力系统及部件长期稳定运行的关键性能指标,也逐渐成为机械强度学的重要学科分支,其研究与发展贯穿了现代工业技术体系的演进过程。研究范式已从早期的经验公式与单一损伤模型,演进为以“机制可解释、预测... 高温机械强度是保障先进能源动力系统及部件长期稳定运行的关键性能指标,也逐渐成为机械强度学的重要学科分支,其研究与发展贯穿了现代工业技术体系的演进过程。研究范式已从早期的经验公式与单一损伤模型,演进为以“机制可解释、预测为导向、证据可复现”的结构完整性评估体系。基于该领域的发展脉络,结合文献计量与关键词聚类分析,揭示了研究热点的阶段性迁移与知识结构演化特征。在此基础上,以多尺度建模、多损伤耦合和多学科交叉为主线,综述了材料变形与损伤机制、损伤评定与寿命预测、在役监测与可靠性评估等重要进展,构建起从微观机制到工程应用的可追溯映射。展望未来,高温机械强度研究将在多物理场耦合、智能决策算法和标准体系建设等方向持续深化。如何实现从高保真模型到实时预测的跨越、从微观组织到宏观寿命的映射、从理论建模到工程规范的转化,将成为推动该领域持续创新的关键课题。 展开更多
关键词 高温机械强度 多尺度力学 多损伤评定 多学科交叉 寿命预测
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考虑裂隙粗糙度的岩体单轴压缩动态损伤模型
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作者 刘红岩 薛雷 +4 位作者 张光雄 王光兵 王基禹 和铁柱 邹宗山 《爆炸与冲击》 北大核心 2025年第6期42-52,共11页
为了在裂隙岩体动态损伤模型中考虑裂隙粗糙度的影响:首先,基于前人提出的能够同时考虑裂隙几何参数、强度参数及变形参数的岩体宏观损伤变量计算模型,通过引入Barton建立的粗糙裂隙JRC-JCS抗剪强度模型,提出了能够考虑裂隙粗糙度的岩... 为了在裂隙岩体动态损伤模型中考虑裂隙粗糙度的影响:首先,基于前人提出的能够同时考虑裂隙几何参数、强度参数及变形参数的岩体宏观损伤变量计算模型,通过引入Barton建立的粗糙裂隙JRC-JCS抗剪强度模型,提出了能够考虑裂隙粗糙度的岩体宏观损伤变量计算模型;其次,将该计算模型引入到前人提出的考虑宏细观缺陷耦合的非贯通裂隙岩体单轴压缩动态损伤模型中,建立了能够考虑裂隙粗糙度的非贯通裂隙岩体单轴压缩动态损伤模型;最后,通过参数敏感性分析研究了裂隙粗糙度(JRC)、裂隙面基本摩擦角φb、裂隙长度2a对岩体动态力学特性的影响。结果显示,当JRC由0分别增加到10和20时,岩体动态峰值强度由26.42 MPa分别增加到27.28和28.37 MPa;当φb由0°分别增加到15°和30°时,岩体动态峰值强度由26.24 MPa分别增加到27.28和28.80 MPa;当2a由1 cm分别增加到2和3 cm时,岩体动态峰值强度由31.37 MPa分别降低至27.28和23.90 MPa。同时为了更精确地刻画裂隙面粗糙度的影响,将裂隙面分形维数引入到岩体动态损伤模型中,不但提高了模型计算精度,而且拓宽了其应用范围,更便于实际工程应用。 展开更多
关键词 非贯通裂隙岩体 裂隙粗糙度系数 应力强度因子 JRC-JCS抗剪强度模型 单轴压缩动态损伤模型
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不同倾角充填节理对岩石爆破块度的影响
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作者 陶明 曹峥 +2 位作者 赵瑞 刘玉龙 李夕兵 《爆炸与冲击》 北大核心 2025年第6期138-153,共16页
为了理解节理与爆炸应力波之间的相互作用,并优化节理岩体的爆破参数,通过试验与数值模拟相结合的方式研究不同节理倾角对爆破块度的影响:采用一组含有不同角度节理的混凝土模型试样开展爆破试验,在试样竖直孔中装填雷管并爆破,使用高... 为了理解节理与爆炸应力波之间的相互作用,并优化节理岩体的爆破参数,通过试验与数值模拟相结合的方式研究不同节理倾角对爆破块度的影响:采用一组含有不同角度节理的混凝土模型试样开展爆破试验,在试样竖直孔中装填雷管并爆破,使用高速摄像机记录试样爆破破碎过程,观测起爆后不同时刻节理面的动态响应;利用图像处理方法进行爆破块度提取,分析节理倾角对爆破块度的影响;采用LS-DYNA有限元数值模拟获得应力波的传播过程以及应变场的演变过程。试验与数值计算结果表明:节理对爆破块度分布及应力波传播有显著影响,该影响主要源于爆炸应力波在节理处的反射,这与节理的变形特性有关;随着节理倾角增大,爆破块度先减小后增大,节理中的有效应力和峰值质点振动速度透射总体呈下降趋势,但在45°至60°之间回升,其中45°左右为爆破最有利条件。数值裂纹网络重建和图像处理结果表明,随着节理倾角的增加,试样中产生的垂直裂纹增加,水平裂纹有所减少。 展开更多
关键词 爆破模型试验 节理岩体 应力波 爆破块度分布
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基于损伤-阈值干涉准则的高温结构可靠性分析
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作者 张显程 《机械强度》 北大核心 2025年第9期90-101,共12页
当前,高温结构强度的确定性设计与评估已经得到了充分的发展,并形成了较为完备的体系框架,为严苛服役条件下机械装备的设计制造奠定了理论基础。考虑到高温结构失效的随机性和失效数据的小样本特性,工程中通常采用安全系数进行保守设计... 当前,高温结构强度的确定性设计与评估已经得到了充分的发展,并形成了较为完备的体系框架,为严苛服役条件下机械装备的设计制造奠定了理论基础。考虑到高温结构失效的随机性和失效数据的小样本特性,工程中通常采用安全系数进行保守设计,但这往往造成结构冗余和成本浪费,亟须开展从确定性到不确定性的设计方法研究。然而,迄今尚未形成通用且成熟的高温结构可靠性理论方法或国家/行业标准,导致我国航空发动机等高端装备在运行过程中的可靠性难以得到有效预测和保障。基于此,首先阐述了不确定性分析;详细介绍了损伤-阈值干涉准则,并说明了其与应力-强度干涉准则的区别及联系;最后以某汽轮机转子为例,说明了损伤-阈值干涉准则在高温结构可靠性分析中的工程应用。 展开更多
关键词 高温结构 强度 失效 可靠性 损伤 损伤阈值
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产品寿命服从指数分布/失效率为常数的条件与统计特性
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作者 谢里阳 江超 《机械强度》 北大核心 2025年第9期50-53,共4页
可靠性工程中,时常采用指数分布来描述产品(零部件或设备)寿命;相应的,产品的失效率为常数(不随产品服役时间变化)。然而,只有某些具有特定性能的产品或在特定的载荷环境中寿命才会服从指数分布,失效率才会是常数。在零部件寿命不服从... 可靠性工程中,时常采用指数分布来描述产品(零部件或设备)寿命;相应的,产品的失效率为常数(不随产品服役时间变化)。然而,只有某些具有特定性能的产品或在特定的载荷环境中寿命才会服从指数分布,失效率才会是常数。在零部件寿命不服从指数分布的情况下,假设寿命服从指数分布会导致可靠性及失效率分析结果严重偏离真实情况;在零部件寿命服从指数分布的场合,随意假设零部件独立失效,会错误地估计设备(由零部件构成的系统)的可靠性。从产品性能和服役载荷环境两个方面分析、推断产品失效率的属性(是否随产品服役时间变化),进而揭示产品寿命服从指数分布的条件,阐释在零部件寿命服从指数分布的条件下,系统中零部件失效的独立性/相关性问题。 展开更多
关键词 寿命分布 失效率 指数分布 零部件失效相关性 系统可靠性
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基于DIC的疲劳裂纹张开载荷影响因素研究 被引量:1
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作者 龚宝明 刘昊 +1 位作者 张文强 邓彩艳 《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》 北大核心 2025年第6期576-582,共7页
疲劳裂纹闭合效应对结构疲劳寿命预测精确度有重要影响,如何确定疲劳裂纹扩展时张开载荷的变化规律是疲劳研究的重要课题之一.针对DH36钢,使用数字图像相关(DIC)技术获得裂纹尖端位移场,通过全场位移拟合法得到了不同裂纹长度的三点弯曲... 疲劳裂纹闭合效应对结构疲劳寿命预测精确度有重要影响,如何确定疲劳裂纹扩展时张开载荷的变化规律是疲劳研究的重要课题之一.针对DH36钢,使用数字图像相关(DIC)技术获得裂纹尖端位移场,通过全场位移拟合法得到了不同裂纹长度的三点弯曲(SENB)试样的裂纹尖端有效张开载荷,分析了影响拟合效果的因素,并获得张开载荷随裂纹长度和表面减薄的变化关系.最终通过裂纹扩展速率试验验证了全场位移拟合法所确定张开载荷的准确性.结果表明:DH36钢的疲劳裂纹张开载荷随裂纹长度的增加而增大,表面减薄试样的张开载荷显著低于未减薄试样. 展开更多
关键词 裂纹闭合 疲劳裂纹张开载荷 数字图像相关 疲劳裂纹扩展速率
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考虑施扰山体影响的耐张型悬索支撑输电结构风振疲劳损伤分析 被引量:1
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作者 李正良 王邦杰 王涛 《振动工程学报》 北大核心 2025年第2期279-291,共13页
由于受扰山体风场会受到附近其他山体的影响,处于受扰山体风场中的耐张型悬索支撑输电结构风振疲劳损伤需要考虑施扰山体的影响。为了分析施扰山体对耐张型悬索支撑输电结构风振疲劳损伤的影响,本文进行了复杂山地风场特性风洞试验,讨... 由于受扰山体风场会受到附近其他山体的影响,处于受扰山体风场中的耐张型悬索支撑输电结构风振疲劳损伤需要考虑施扰山体的影响。为了分析施扰山体对耐张型悬索支撑输电结构风振疲劳损伤的影响,本文进行了复杂山地风场特性风洞试验,讨论了受扰山体风场平均风修正系数和脉动风修正系数随施扰山体坡度、高度和间距的变化规律,并提出了相应的分布模型;基于非线性有限元理论,建立了考虑施扰山体影响的耐张型悬索支撑输电结构风振非线性有限元模型;采用雨流计数法和Miner线性疲劳累积损伤准则进行疲劳损伤分析;通过本文提出的框架研究了施扰山体对某两跨耐张型悬索支撑输电结构风振疲劳损伤的影响。结果表明:随着施扰山体坡度的增大,耐张型悬索支撑输电结构各部位疲劳损伤呈先减小后增大的变化趋势;施扰山体高度对各部位疲劳损伤的影响较小,无明显变化规律;当施扰山体间距为0~600 m时,各部位疲劳损伤随着间距的增大而逐渐减小,当施扰山体间距为600~800 m时,各部位疲劳损伤随着间距的增大而陡然增大;在同一施扰山体影响下,支撑导线悬索和导线的端部疲劳损伤均较跨中更大。 展开更多
关键词 悬索支撑输电结构 风振疲劳损伤 Miner线性疲劳累积损伤准则 复杂山地风场 施扰山体
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广义Banabic准则与损伤比理论对金属屈服行为预测的比较 被引量:1
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作者 余官平 陈雷 张健 《铁道科学与工程学报》 北大核心 2025年第1期357-367,共11页
屈服准则作为金属材料进入塑性的判据,在结构强度设计、金属塑性成型等领域得到广泛应用。为预测拉-压非对称金属的屈服行为,采用将各向异性和拉-压非对称性解耦的方法,把Banabic非二次式屈服准则推广到拉-压非对称,建立一个能同时描述... 屈服准则作为金属材料进入塑性的判据,在结构强度设计、金属塑性成型等领域得到广泛应用。为预测拉-压非对称金属的屈服行为,采用将各向异性和拉-压非对称性解耦的方法,把Banabic非二次式屈服准则推广到拉-压非对称,建立一个能同时描述塑性各向异性和拉-压非对称性的屈服准则,可视为广义的Banabic非二次式屈服准则。为了评估所建立屈服准则的预测能力,将其应用到AA5754-O铝合金的屈服及Cu-Al-Be形状记忆合金的相变转换起始面预测中,并与丁发兴等提出的损伤比屈服理论进行对比。结果表明,广义Banabic非二次式屈服准则和损伤比屈服理论都能很好地预测AA5754-O铝合金的屈服以及形状记忆合金Cu-Al-Be的相变转换起始面。2个准则都非常准确地预测了AA5754-O铝合金压缩屈服应力随取向的变化规律,二者的预测结果完全一致。广义Banabic非二次式屈服准则能很好地模拟AA5754-O铝合金在双向等拉(压)区附近的大曲率屈服轨迹,损伤比屈服理论则明显高估了其屈服应力;对于Cu-Al-Be形状记忆合金起始相变转换“屈服”面的预测,损伤比屈服理论预测精度高于广义Banabic非二次式屈服准则,但不能保证“屈服”面的外凸性。此外,广义Banabic非二次式屈服准则可通过单轴加载屈服强度和塑性应变比r值标定准则的系数,在缺乏双向加载实验数据的情况下更便于工程应用。因此,推广的Banabic非二次式屈服准则可用于拉-压非对称金属的屈服和塑性变形计算,极大地拓宽了经典Banabic非二次式屈服准则的应用范围。 展开更多
关键词 屈服准则 各向异性 强度差效应 损伤比 金属板料
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230合金高温蠕变变形行为与本构模型研究
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作者 王弘昶 侯鑫阳 +6 位作者 王煦嘉 龙瑶 李玲 石悠 李强 张宇翾 宫建国 《压力容器》 北大核心 2025年第1期10-18,共9页
为了研究230合金(UNS N06230合金)蠕变变形行为与演化规律,保障热管堆、航空航天等领域中的高温部件的安全运行。开展了230合金在不同温度和应力水平下的单轴蠕变试验,分析了230合金蠕变特性与温度和应力水平的关系,建立了基于Kachanov-... 为了研究230合金(UNS N06230合金)蠕变变形行为与演化规律,保障热管堆、航空航天等领域中的高温部件的安全运行。开展了230合金在不同温度和应力水平下的单轴蠕变试验,分析了230合金蠕变特性与温度和应力水平的关系,建立了基于Kachanov-Rabotnov模型与θ投影法的蠕变本构模型。结果表明:230合金的蠕变变形特性与温度有很强的相关性,温度为750℃时,存在较明显的蠕变第一阶段;温度为900℃时,蠕变第一阶段基本消失,蠕变变形曲线主要由第二、三阶段主导。Kachanov-Rabotnov蠕变损伤力学本构模型可以较好地描述230合金高温下的蠕变变形行为。研究结果可以为采用230合金的高温设备的长期安全运行提供保障。 展开更多
关键词 230合金 蠕变 本构模型 损伤力学
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基于近场动力学理论与声发射技术的钢材裂纹扩展中能量释放特征研究
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作者 霍林生 黄颖 +2 位作者 任亮 王靖凯 李宏男 《计算力学学报》 北大核心 2025年第4期664-669,共6页
为揭示钢材裂缝扩展过程中的能量释放特征,本文基于经典的钢材本构函数与近场动力学理论构建了钢材损伤的能量释放模型.基于提出的模型对钢板在单轴拉伸过程的能量释放进行了数值模拟,并开展了声发射试验进行验证.通过对比数值模拟和试... 为揭示钢材裂缝扩展过程中的能量释放特征,本文基于经典的钢材本构函数与近场动力学理论构建了钢材损伤的能量释放模型.基于提出的模型对钢板在单轴拉伸过程的能量释放进行了数值模拟,并开展了声发射试验进行验证.通过对比数值模拟和试验中的损伤情况及能量释放特征,发现两者在裂纹发展过程和损伤因子曲线趋势上存在良好的一致性,并且最大误差不超过10%,验证了提出计算公式的准确性.本文研究表明,将近场动力学理论与声发射技术结合,以能量释放为指标可以实现钢板损伤的有效监测. 展开更多
关键词 近场动力学 声发射 损伤监测 钢材 能量释放
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双孔爆破作用下裂纹扩展与贯穿数值模拟研究
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作者 杨鑫 周航 +4 位作者 冉正熙 蒲传金 肖定军 林谋金 马敖 《振动与冲击》 北大核心 2025年第17期202-214,共13页
为研究爆破作用下岩石动态断裂行为,采用有限元方法模拟了砂岩在单双孔爆破作用下裂纹扩展与贯穿过程。首先利用已有试验数据,计算得到砂岩的多项式状态方程系数,并基于Hoek-Brown准则,获取了JH-2(Johnson-Holmquist)本构模型参数。通... 为研究爆破作用下岩石动态断裂行为,采用有限元方法模拟了砂岩在单双孔爆破作用下裂纹扩展与贯穿过程。首先利用已有试验数据,计算得到砂岩的多项式状态方程系数,并基于Hoek-Brown准则,获取了JH-2(Johnson-Holmquist)本构模型参数。通过对单孔爆破内外部作用模拟,结果能较好地再现了粉碎区和裂隙区特征,成功验证了多项式状态方程、JH-2本构模型及其材料参数在动态裂纹模拟的可靠性。双孔爆破模拟结果表明:不同孔距和延期时间下,大多数模型孔间裂纹贯穿;同时发现,延期时间对裂纹扩展与贯穿有一定影响,主要表现在先起爆炮孔压缩应力波对后起爆炮孔的裂纹有一定抑制作用,阻碍孔间裂纹相互贯穿。裂纹贯穿主要存在三种形式,即直接贯穿、间接贯穿和混合贯穿,其中在间接贯穿过程中环向裂纹的作用是桥接上下交错的径向裂纹。最后,进一步分析和探讨了裂纹交错和贯穿机理,认为这两种现象的发生主要取决于两裂尖应力场分布和相互影响。 展开更多
关键词 双孔爆破 JH-2(Johnson-Holmquist)模型 贯穿形式 交错与贯穿机理 数值模拟
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动态荷载作用下裂尖DSIFs分析的广义参数Williams单元
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作者 李朝阳 徐华 邓鹏 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第26期11019-11028,共10页
工程结构裂纹在动态荷载作用下容易迅速扩展,导致结构发生低应力脆断破坏,严重影响结构的安全和正常使用。在广义参数有限元法分析框架下,建立动态荷载作用下裂尖动态应力强度因子(dynamic stress intensity factors,DSIFs)分析的Willi... 工程结构裂纹在动态荷载作用下容易迅速扩展,导致结构发生低应力脆断破坏,严重影响结构的安全和正常使用。在广义参数有限元法分析框架下,建立动态荷载作用下裂尖动态应力强度因子(dynamic stress intensity factors,DSIFs)分析的Williams宏单元(W单元)。假定奇异区径向子单元各节点位移近似满足刚体转动理论,进而推导建立奇异区单元荷载向量近似求解式。利用Newmark积分为无条件稳定隐式算法的优势,求解模型的整体控制方程,并由相应的广义参数求解裂尖DSIFs。结合算例分析了W单元关键参数对裂尖DSIFs的影响,研究表明,当W单元的径向离散比例因子为0.95、径向离散单元数为400、级数项数为12时,W单元具有较高的计算精度。 展开更多
关键词 动态荷载 动态应力强度因子 Williams单元 广义参数 Newmark积分法
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考虑动态拉压比影响的岩石损伤本构模型
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作者 胡学龙 汪亦显 +4 位作者 尹作明 张明 郭盼盼 殷志强 张向阳 《爆炸与冲击》 北大核心 2025年第6期53-64,共12页
基于连续介质损伤力学,建立了一个弹塑性损伤耦合的岩石动态本构模型。该模型以统一强度理论作为屈服准则,并引入动态拉压比充分反映应变率效应;采用有效塑性应变和体积塑性应变表示压损伤变量和用有效塑性应变表示拉损伤变量从而反映... 基于连续介质损伤力学,建立了一个弹塑性损伤耦合的岩石动态本构模型。该模型以统一强度理论作为屈服准则,并引入动态拉压比充分反映应变率效应;采用有效塑性应变和体积塑性应变表示压损伤变量和用有效塑性应变表示拉损伤变量从而反映拉压条件下岩石不同的损伤演化规律;采用分段函数来刻画岩石拉压条件下的不同塑性硬化行为;基于Fortran语言和LS-DYNA用户材料自定义接口(Umat)对所建立的本构模型进行数值实现;通过岩石单轴和三轴压缩试验、岩石单轴拉伸试验和岩石弹道试验等三个经典算例对所建立的本构模型展开验证。结果表明,该本构模型能全面刻画岩石的动静态力学行为。 展开更多
关键词 本构模型 损伤 拉压比 应变率
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铝合金焊接接头在过载下疲劳裂纹扩展行为和机制研究
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作者 徐连勇 赵雷 +2 位作者 黄金超 孙全伟 梁文洲 《机械强度》 北大核心 2025年第9期62-71,共10页
高速列车转向架不同部位常采用不同强度铝合金材料进行设计,且采用焊接方式连接不同部件。当高速列车行驶在复杂路况时,转向架将承受拉伸过载作用,该拉伸过载会与焊接接头强度差异产生耦合叠加作用。因此,对转向架焊接结构件进行拉伸过... 高速列车转向架不同部位常采用不同强度铝合金材料进行设计,且采用焊接方式连接不同部件。当高速列车行驶在复杂路况时,转向架将承受拉伸过载作用,该拉伸过载会与焊接接头强度差异产生耦合叠加作用。因此,对转向架焊接结构件进行拉伸过载试验,研究拉伸过载作用下不同强度铝合金焊接接头的疲劳裂纹扩展行为和内在机制。采用柔度法测量拉伸过载作用下的裂纹扩展速率;用数字图像相关(Digital Image Correlation, DIC)技术分析了拉伸过载施加前后裂纹尖端塑性区的尺寸变化规律;采用扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope, SEM)观测了不同铝合金拉伸过载作用区域的断口形貌特征,用裂纹尖端塑性区尺寸变化和对应断口形貌特征解释了拉伸过载作用下的裂纹扩展行为和内在机制。结果表明,单次拉伸过载能降低疲劳裂纹扩展速率,延长疲劳寿命。分析结果表明,拉伸过载过程增大裂纹尖端塑性区,并钝化裂纹尖端,从而使疲劳裂纹扩展速率降低。材料强度越低,相同拉伸过载作用下,裂纹尖端变形越严重,迟滞效应越明显。焊接接头在拉伸过载作用下与母材试验结果保持一致,迟滞效应的强弱只取决于材料本身强度。 展开更多
关键词 拉伸过载 机械强度 疲劳裂纹扩展速率 裂纹尖端 焊接接头
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基于临界域能量守恒的缺口板高周疲劳损伤双尺度模型研究
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作者 张伟 李如俊 +1 位作者 李玉雪 彭艳 《力学学报》 北大核心 2025年第6期1421-1431,共11页
目前主流的金属缺口件高周疲劳损伤评估理论集中于宏观唯象范畴,较少涉及微细观尺度描述.高周疲劳过程宏观表现为弹性响应,如何在表征缺口效应影响的同时考虑晶粒尺度的微塑性累积对疲劳损伤的促进行为,是一个具有工程实际意义的问题.... 目前主流的金属缺口件高周疲劳损伤评估理论集中于宏观唯象范畴,较少涉及微细观尺度描述.高周疲劳过程宏观表现为弹性响应,如何在表征缺口效应影响的同时考虑晶粒尺度的微塑性累积对疲劳损伤的促进行为,是一个具有工程实际意义的问题.文章以金属缺口板为研究对象,在缺口根部定义临界域范围,并计及内禀微塑性耗散和内禀损伤耗散,建立一种可考虑细观塑性行为的临界域能量守恒关系.基于细观塑性理论和尺度过渡准则,以Lin-Taylor假设作为桥梁,借助临界面方法提出一种体积平均假设,实现细观微塑性耗散的宏观表征.基于连续介质损伤力学理论,表征临界域内禀损伤耗散行为.以单个载荷循环为广义时间,建立一种新的双尺度损伤演化模型,并通过ABAQUS实现缺口件加载,编写UMAT子程序嵌入计算损伤参量.最后借助6种航空金属材料在不同缺口和加载工况下的实验数据和4种经典缺口疲劳表征模型,对比验证新模型有效性和优越性.结果表明,新模型预测效果基本位于2倍误差范围内,误差分散程度更小,具有较好的预测效果.本研究旨在进一步丰富金属疲劳损伤多尺度分析理论体系,赋予疲劳评估模型更明确的工程应用与物理意义. 展开更多
关键词 缺口效应 临界域能量守恒 内禀损伤 微塑性 双尺度
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考虑表面强化或损伤的抗压强度能量平衡尺寸效应模型
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作者 刘小宇 张慧梅 +1 位作者 杨政 李江博 《力学学报》 北大核心 2025年第3期671-686,共16页
表面强化或损伤与局部损伤区(或称断裂过程区)会导致准脆性材料名义强度呈现尺寸效应,但是建立考虑这两种因素的模型依旧是尺寸效应研究方向挑战性问题之一.首先深入系统分析引发试样表面强化或损伤的因素,提出能够反映试样表面强化或... 表面强化或损伤与局部损伤区(或称断裂过程区)会导致准脆性材料名义强度呈现尺寸效应,但是建立考虑这两种因素的模型依旧是尺寸效应研究方向挑战性问题之一.首先深入系统分析引发试样表面强化或损伤的因素,提出能够反映试样表面强化或损伤的尺寸效应模型.在此基础上,通过分析试样表面强化或损伤层与内部区域引发的尺寸效应,结合表面强化或损伤尺寸效应模型和笔者之前提出的能量平衡尺寸效应模型,建立考虑表面强化或损伤的能量平衡尺寸效应模型(EBM-SSD).然后对EBM-SSD进行参数分析.最后应用EBM-SSD预测3种类型尺寸效应试验和模拟数据,并和笔者之前提出的考虑局部损伤区变化的能量平衡尺寸效应模型(EBM-LDZ)预测对比.结果表明:EBM-SSD能体现无尺寸效应、上升尺寸效应、下降尺寸效应和先升后降尺寸效应的原因是,随着试样尺寸变化,强化或损伤的表面层与内部区域叠加作用或互相竞争的结果;EBM-SSD能准确描述上升、下降和先升后降3类尺寸效应试验和模拟数据;除编号5 Pilton砂岩,EBMSSD预测剩余试验和模拟尺寸效应数据的确定系数均大于EBM-LDZ,并且其平均确定系数为0.9729. 展开更多
关键词 表面强化或损伤效应 能量平衡 抗压强度 尺寸效应模型
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结构断裂损伤高效分析的隔离扩展有限元法
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作者 李钢 韩春宏 余丁浩 《力学学报》 北大核心 2025年第10期2388-2398,共11页
疲劳与灾害载荷作用下,工程结构内部裂纹的萌生与扩展引起的断裂损伤是威胁其安全性的关键因素.然而,由于断裂损伤问题的非线性特征和微观尺度特征,其分析效率通常较低.本研究结合隔离非线性理论与扩展有限元法(XFEM),提出结构断裂损伤... 疲劳与灾害载荷作用下,工程结构内部裂纹的萌生与扩展引起的断裂损伤是威胁其安全性的关键因素.然而,由于断裂损伤问题的非线性特征和微观尺度特征,其分析效率通常较低.本研究结合隔离非线性理论与扩展有限元法(XFEM),提出结构断裂损伤高效分析的隔离扩展有限元法.本研究首先基于XFEM方法基本原理建立断裂区单元模型,并引入广义协调原理、自由度凝聚、矩阵广义逆等对该方法进行改进,将其中用于模拟断裂损伤的单元间共享附加扩展自由度转换为单元内部自由度,避免传统XFEM方法中结构整体刚度的维数增加,随后,通过将断裂区各单元刚度改写为无损单元刚度的摄动展开形式,进一步考虑断裂损伤的局部化特征,提出了断裂损伤结构的隔离非线性控制方程,该方程避免了结构整体刚度中的元素时变,断裂损伤效应通过对初始无损结构刚度的低秩摄动进行描述,引入Woodbury公式进行控制方程求解,在每个计算步中仅需对代表局部断裂损伤的小规模矩阵进行更新,在保证计算精度的同时显著提升效率.典型算例验证表明,该方法在确保裂纹计算准确性的同时,大幅降低了计算成本. 展开更多
关键词 扩展有限元 广义协调元 隔离非线性 裂纹 局部非线性
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不同应力比对HTS-A钢低温疲劳裂纹扩展速率的影响与预报
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作者 罗广恩 刘家奇 姜金辉 《船舶力学》 北大核心 2025年第11期1746-1756,共11页
为研究不同应力比对低温环境下HTS-A钢疲劳裂纹扩展的影响,本文开展了在应力比(R)为0.1和0.3时HTS-A钢CT试件的低温疲劳裂纹扩展试验。试验结果表明,随着温度的降低,裂纹扩展速率降低,疲劳寿命增加;同时,随着应力比的增大,疲劳裂纹扩展... 为研究不同应力比对低温环境下HTS-A钢疲劳裂纹扩展的影响,本文开展了在应力比(R)为0.1和0.3时HTS-A钢CT试件的低温疲劳裂纹扩展试验。试验结果表明,随着温度的降低,裂纹扩展速率降低,疲劳寿命增加;同时,随着应力比的增大,疲劳裂纹扩展速率也相应地增大,但随着温度的降低,应力比对疲劳裂纹扩展速率的影响越来越小。在试验的基础上,本文提出了考虑温度和应力比影响的改进McEvily模型,该模型能够预报不同低温、不同应力比条件下的HTS-A钢疲劳裂纹扩展速率,并与试验结果进行了对比验证。该预报模型可为低温环境下海洋装备的疲劳寿命评估打下基础。 展开更多
关键词 疲劳裂纹扩展速率 HTS-A钢 应力比 低温 疲劳试验
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