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Thermal-hydro-mechanical coupling damage model of brittle rock 被引量:1
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作者 李鹏 饶秋华 +2 位作者 李卓 马雯波 马彬 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2014年第3期1136-1141,共6页
Based on fluid mechanics, thermodynamics and damage mechanics, thermal-hydro-mechanical (THM) coupling damage model of brittle rock is established by analyzing THM coupling mechanism, where THM coupling damage varia... Based on fluid mechanics, thermodynamics and damage mechanics, thermal-hydro-mechanical (THM) coupling damage model of brittle rock is established by analyzing THM coupling mechanism, where THM coupling damage variable DTHM is dominated by TH coupling damage variable DTH, TM coupling damage variable DTM and HM coupling damage variable DHM, and DTH is firstly expressed in term of dimensionless total thermal conductivity of the water Nu. Permeability test, uni-axial compression test and THM coupling test are conducted to measure the permeability, elastic modulus and THM coupling stress-strain curves of brittle rock. The tested values of THM coupling elastic modulus E'HM are in good agreement with the predicted values of THM coupling elastic modulus ETHM, which can verify the newly established THM coupling damage model. 展开更多
关键词 damage model THM coupling mechanism permeability test THM coupling test brittle rock
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A thermo-mechanical damage constitutive model for deep rock considering brittleness-ductility transition characteristics 被引量:1
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作者 FENG Chen-chen WANG Zhi-liang +2 位作者 WANG Jian-guo LU Zhi-tang LI Song-yu 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第7期2379-2392,共14页
This paper developed a statistical damage constitutive model for deep rock by considering the effects of external load and thermal treatment temperature based on the distortion energy.The model parameters were determi... This paper developed a statistical damage constitutive model for deep rock by considering the effects of external load and thermal treatment temperature based on the distortion energy.The model parameters were determined through the extremum features of stress−strain curve.Subsequently,the model predictions were compared with experimental results of marble samples.It is found that when the treatment temperature rises,the coupling damage evolution curve shows an S-shape and the slope of ascending branch gradually decreases during the coupling damage evolution process.At a constant temperature,confining pressure can suppress the expansion of micro-fractures.As the confining pressure increases the rock exhibits ductility characteristics,and the shape of coupling damage curve changes from an S-shape into a quasi-parabolic shape.This model can well characterize the influence of high temperature on the mechanical properties of deep rock and its brittleness-ductility transition characteristics under confining pressure.Also,it is suitable for sandstone and granite,especially in predicting the pre-peak stage and peak stress of stress−strain curve under the coupling action of confining pressure and high temperature.The relevant results can provide a reference for further research on the constitutive relationship of rock-like materials and their engineering applications. 展开更多
关键词 deep rock crack initiation threshold thermo-mechanical coupling statistical damage model distortion energy theory
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Fluid solid coupling model based on endochronic damage for roller compacted concrete dam 被引量:4
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作者 顾冲时 魏博文 +1 位作者 徐镇凯 刘大文 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2013年第11期3247-3255,共9页
According to the characteristics of thin-layer rolling and pouting construction technology and the complicated mechanical behavior of the roller compacted concrete dam (RCCD) construction interface, a constitutive m... According to the characteristics of thin-layer rolling and pouting construction technology and the complicated mechanical behavior of the roller compacted concrete dam (RCCD) construction interface, a constitutive model of endochronic damage was established based on the endochronic theory and damage mechanics. The proposed model abandons the traditional concept of elastic-plastic yield surface and can better reflect the real behavior of rolled control concrete. Basic equations were proposed for the fluid-solid coupling analysis, and the relationships among the corresponding key physical parameters were also put forward. One three-dimensional finite element method (FEM) program was obtained by studying the FEM type of the seepage-stress coupling intersection of the RCCD. The method was applied to an actual project, and the results show that the fluid-solid interaction influences dam deformation and dam abutment stability, which is in accordance with practice. Therefore, this model provides a new method for revealing the mechanical behavior of RCCD under the coupling field. 展开更多
关键词 roller compacted concrete dam endochronic damage fluid-solid coupling analytical model
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Application of 1D/3D finite elements coupling for structural nonlinear analysis 被引量:13
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作者 岳健广 A.Fafitis +1 位作者 钱江 雷拓 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2011年第3期889-897,共9页
An element coupling model (ECM) method was proposed to simulate the global behavior and local damage of a structure.In order to reflect the local damage and improve the computational efficiency,three-dimensional (3D) ... An element coupling model (ECM) method was proposed to simulate the global behavior and local damage of a structure.In order to reflect the local damage and improve the computational efficiency,three-dimensional (3D) solid elements and one-dimensional (1D) beam element were coupled by the multi-point constraint equations.A reduced scale 1?8 model test was simulated by the ECM and a full three dimensional model (3DM) contrastively.The results show that the global behavior and local damages of ECM agree well with the test and 3DM.It is indicated that the proposed method can be used in the structural nonlinear analysis accurately and efficiently. 展开更多
关键词 elements coupling model global behavior local damage multi-point constraint equations nonlinear analysis
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岩石非线性黏弹塑性损伤蠕变模型研究
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作者 陈有亮 肖鹏 +2 位作者 杜曦 王苏然 RAFIG A 《应用力学学报》 北大核心 2025年第1期133-140,共8页
准确描述岩石蠕变行为的各阶段特征对岩石力学与岩体工程的研究具有重要的意义。由于经典元件组合模型不能较好地描述岩石蠕变过程中的非线性特征,基于损伤力学理论及Kachanov蠕变损伤演化规律,通过改进传统的Kelvin模型和村山体模型,... 准确描述岩石蠕变行为的各阶段特征对岩石力学与岩体工程的研究具有重要的意义。由于经典元件组合模型不能较好地描述岩石蠕变过程中的非线性特征,基于损伤力学理论及Kachanov蠕变损伤演化规律,通过改进传统的Kelvin模型和村山体模型,建立起能够描述岩石衰减蠕变阶段和加速蠕变阶段的非线性函数。将弹性体、线性Kelvin体、非线性Kelvin体、损伤黏弹塑性体进行串联,建立能够同时描述岩石瞬时弹性应变、非线性黏弹性应变、非线性黏塑性应变和黏性应变的非线性黏弹塑性损伤蠕变模型,采用Origin软件的Levenberg-Marquardt算法对模型参数进行了辨识,最后通过用不同应力水平下的砂岩单以及三轴压缩蠕变试验,验证该模型的合理性。结果表明:试验曲线和理论曲线的吻合度较高,所建模型不仅能够准确地描述岩石的瞬时弹性应变阶段、等速蠕变阶段的蠕变曲线特征,而且能够较好地描述衰减蠕变阶段和加速蠕变阶段蠕变曲线的非线性特征,验证了该模型的合理性与准确性。 展开更多
关键词 岩石力学 损伤 非线性 加速蠕变 黏弹塑性蠕变模型
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海上风机大直径嵌岩单桩非线性动力特性
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作者 贺瑞 金煜 +1 位作者 吉吉 国振 《河海大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第1期121-130,共10页
以海上风机大直径嵌岩单桩为研究对象,在有限元数值模拟中引入土体非线性黏弹性本构模型与岩体损伤模型分析桩周土体、岩体刚度随应变衰减的特性。结果表明:考虑上部动荷载作用下的桩-土-岩非线性动力相互作用时,桩底嵌岩能有效提高单... 以海上风机大直径嵌岩单桩为研究对象,在有限元数值模拟中引入土体非线性黏弹性本构模型与岩体损伤模型分析桩周土体、岩体刚度随应变衰减的特性。结果表明:考虑上部动荷载作用下的桩-土-岩非线性动力相互作用时,桩底嵌岩能有效提高单桩抵抗变形能力,桩周土体变形量随岩体风化程度增加而增大、随嵌岩深度增加而减小;动荷载相对幅值(动荷载幅值和静力承载力的比值)对单桩动刚度的影响最大,岩体风化程度、单桩嵌岩深度的影响次之;岩体最大损伤常出现在土岩交界面附近,岩体强风化情况下桩底也可能出现轻微损伤;同静载情况相比,动荷载惯性效应会放大岩体损伤量。 展开更多
关键词 大直径嵌岩单桩 黏弹性本构模型 岩体损伤模型 桩土动力相互作用 海上风机
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强震作用下水电站溢洪洞控制段结构震损模式分析
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作者 张汉云 章寰宇 +3 位作者 毕仲辉 宋琰 李潇寒 王皓臣 《水电能源科学》 北大核心 2025年第2期155-158,176,共5页
溢洪洞进水口控制段作为水利水电工程泄洪系统的首部结构,在强震发生后,为避免次生灾害的发生,应保证枢纽泄水通畅、及时降低库水位的使用功能。因此,有必要对溢洪洞控制段在最大可信地震作用下的损伤状态进行专门研究。采用黏弹性人工... 溢洪洞进水口控制段作为水利水电工程泄洪系统的首部结构,在强震发生后,为避免次生灾害的发生,应保证枢纽泄水通畅、及时降低库水位的使用功能。因此,有必要对溢洪洞控制段在最大可信地震作用下的损伤状态进行专门研究。采用黏弹性人工边界及其地震动输入考虑无限地基辐射阻尼效应,采用双标量本构模型模拟混凝土的损伤开裂,建立溢洪洞控制段结构-地基相互作用的整体三维有限元模型,基于非线性动力时程分析,研究揭示最大可信地震作用下溢洪洞控制段结构的损伤分布和模式。结果表明,强震作用下结构拉损伤分布面积大于压损伤面积;^(#)1、^(#)3溢洪洞控制段受地震损伤较^(#)2控制段严重,震损出现在闸墩与基岩交界处、弧形闸门支撑梁与闸墙交界处、进口溢流面与闸墙的交界处、门机大梁两端。 展开更多
关键词 溢洪洞 黏弹性人工边界 塑性损伤模型 损伤模式
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考虑宏观缺陷的混凝土本构模型及含裂缝隧道衬砌动力损伤特性研究
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作者 孙雅珍 王龙岩 +4 位作者 吴昌宇 王金昌 于阳 袁立凡 祝奉斌 《中国铁道科学》 北大核心 2025年第1期107-119,共13页
目前对隧道衬砌动力响应的研究多聚焦于完好隧道,较少涉及初始宏观裂缝存在时对隧道衬砌结构弱化作用下的动力响应。为研究含裂缝隧道衬砌动力损伤特性,首先,基于塑性损伤本构,理论推导考虑材料弱化的宏观缺陷-外荷载耦合损伤本构模型;... 目前对隧道衬砌动力响应的研究多聚焦于完好隧道,较少涉及初始宏观裂缝存在时对隧道衬砌结构弱化作用下的动力响应。为研究含裂缝隧道衬砌动力损伤特性,首先,基于塑性损伤本构,理论推导考虑材料弱化的宏观缺陷-外荷载耦合损伤本构模型;其次,将宏观损伤度为0,0.2,0.3和0.4时混凝土试件抗拉强度的计算结果与试验结果进行对比,验证本构模型的合理性;然后,采用地层-结构法对土体-隧道-列车相互作用关系进行模拟,引入无限单元边界吸收模型边界处的应力波;最后,通过在完整衬砌结构上预制深度为3.5,7.0和10.5 cm裂缝,并调整模型中的损伤参数,系统地研究衬砌结构在不同裂缝深度下考虑材料弱化作用的动力损伤特性。结果表明:推导得到的本构模型理论计算结果与试验结果最大误差仅为7.3%,模型合理;在不同裂缝深度下,竖向振动加速度和竖向振动速度均呈现出拱顶>边墙>仰拱的规律,且与行车道距离成正相关;裂缝深度由0 cm增加到10.5 cm,衬砌结构拱顶、边墙和仰拱的竖向振动加速度分别增大8.4%,2.7%和5.3%,竖向振动速度分别增大15.1%,17.1%和16.7%;裂缝深度从0 cm增加到10.5 cm,拱顶、边墙和仰拱的最大主应力峰值分别增加22.3%,15.5%和减小9.12%,拱顶的最大主应力峰值在裂缝深度为3.5 cm时超过了仰拱,说明动应力响应受行车道距离和初始宏观裂缝引起的应力集中共同影响;在3种不同裂缝深度下,考虑材料弱化作用下的衬砌损伤度较不考虑时分别增大0.039,0.130和0.165。 展开更多
关键词 地铁隧道 动力响应 初始裂缝 宏观缺陷-外荷载耦合损伤 本构模型 混凝土材料弱化
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库岸塔柱状危岩的压裂耦合损伤-突变失稳预测
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作者 唐红梅 宋刚 +2 位作者 杨健 毛柯洁 周福川 《三峡大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2025年第1期28-36,共9页
位于三峡库区巫峡段消落带的塔柱状危岩,其底部多损伤因素的耦合作用下常呈压裂诱发座溃整体失稳模式,危岩底部耦合损伤至突变机制是研究该类库岸危岩体失稳预警的关键科学问题.以三峡库区库岸巫峡段箭穿洞塔柱状危岩体为例,将危岩体简... 位于三峡库区巫峡段消落带的塔柱状危岩,其底部多损伤因素的耦合作用下常呈压裂诱发座溃整体失稳模式,危岩底部耦合损伤至突变机制是研究该类库岸危岩体失稳预警的关键科学问题.以三峡库区库岸巫峡段箭穿洞塔柱状危岩体为例,将危岩体简化为中上部非劣化区和下部劣化区的二元地质力学模型,基于应变等价原理获得其危岩体下部劣化区的荷载效应、溶蚀效应、干湿循环弱化效应的耦合损伤本构模型和总损伤度演化方程,根据地质力学模型概化为等效弹簧模型转化为力-位移的耦合损伤本构方程;基于能量平衡原理和突变理论建立了塔柱状危岩的耦合损伤-折叠突变模型,获取了其失稳判据和临界位移的表达式.通过案例分析结果表明:该危岩体突变失稳时的系统控制变量为-0.0073,预测模型计算理论的突变起点垂向位移为42.2mm,终止点位移为60.5mm,当监测数据危岩体最大垂向累积位移为26.2mm时,小于突变起始位移时就采用及时治理措施,与危岩未失稳的状态吻合.其研究成果可为三峡库区灰岩地区库岸塔柱状压溃型危岩的监测预警与防治提供重要的理论支撑. 展开更多
关键词 库岸塔柱状危岩 压溃失稳型 耦合损伤 突变模型
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地震-滑坡涌浪叠加下高拱坝动力响应与损伤研究
10
作者 郭进军 周丕志 胡少伟 《人民黄河》 北大核心 2025年第7期28-34,共7页
强震会大幅降低库区边坡稳定性,极易诱发滑坡地质灾害,地震及其诱发的滑坡涌浪荷载叠加极大威胁坝体安全。为探究地震-滑坡涌浪叠加下高拱坝动力响应与损伤演化,以某高拱坝为对象,构建分段坝体-地基有限元模型,确定地震-滑坡涌浪荷载计... 强震会大幅降低库区边坡稳定性,极易诱发滑坡地质灾害,地震及其诱发的滑坡涌浪荷载叠加极大威胁坝体安全。为探究地震-滑坡涌浪叠加下高拱坝动力响应与损伤演化,以某高拱坝为对象,构建分段坝体-地基有限元模型,确定地震-滑坡涌浪荷载计算模型,分析拱坝的模态变化规律、位移响应特征及损伤演化趋势。结果表明,动水附加质量使得拱坝湿模态频率显著降低,降幅为18%~23%,高阶振型变化显著。地震与涌浪叠加时,拱顶中点位移峰值R_(d)与地震峰值加速度、最大涌浪高度正相关,在地震峰值加速度由0.2g提升至0.6g时,R_(d)增幅达89.7%。不同工况下最大位移时刻受多种因素影响而变化。不同工况下坝体损伤程度差异较大,上游面损伤对涌浪高度变化敏感,在涌浪高度相差40 m时,上游面加权损伤面积比变化幅度达到27.1%;从工况一至工况三悬臂面加权损伤面积比从9.99%增至25.76%,坝体出现贯穿裂缝;损伤耗散能随荷载强度提高而急剧增大。 展开更多
关键词 地震-滑坡涌浪耦合 高拱坝 动力响应 连续损伤模型
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冻融-荷载耦合下层状岩石损伤本构模型研究
11
作者 夏宇迪 贾朝军 +2 位作者 郑艳妮 雷明锋 施成华 《中南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第6期2306-2320,共15页
以冻融条件下的层状岩石为研究对象,基于能量耗散理论与统计力学理论建立岩石冻融损伤与荷载损伤演化方程,使用岩石微结构张量描述层状岩石的各向异性,建立Hoek-Brown各向异性岩石微元屈服准则,进一步建立冻融-荷载耦合作用下的各向异... 以冻融条件下的层状岩石为研究对象,基于能量耗散理论与统计力学理论建立岩石冻融损伤与荷载损伤演化方程,使用岩石微结构张量描述层状岩石的各向异性,建立Hoek-Brown各向异性岩石微元屈服准则,进一步建立冻融-荷载耦合作用下的各向异性岩石损伤本构模型。将理论计算结果与取自我国西部寒区的板岩岩样的单轴和三轴压缩试验结果进行对比分析,验证模型的适用性与正确性。研究结果表明:基于统计力学理论和微结构张量理论的岩石各向异性损伤本构模型能很好地描述各向异性岩石损伤演化过程;基于连续损伤力学的冻融损伤模型能准确地描述不同岩石材料在不同外部变量表征下的冻融损伤演化规律;在一定应力状态下,荷载损伤演化与总损伤演化规律基本吻合;冻融-荷载耦合作用下的总损伤演化曲线大致分为2个阶段,其中,阶段一是岩石线性变形阶段,总损伤基本稳定,岩石损伤主要受冻融损伤影响,荷载损伤逐渐增加;阶段二是损伤快速增长段,裂纹开始萌生并逐渐连接,导致总损伤随着应力增加而迅速增加,主要受到荷载损伤的影响;在一定应力状态和相同冻融循环次数下,层状岩石随着层理倾角增大,总损伤变量也增大。 展开更多
关键词 冻融循环 冻融-荷载耦合 各向异性 损伤模型 统计损伤
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热流固-损伤多场耦合作用下干热岩水力压裂特征数值模拟
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作者 张旭 周小夏 +3 位作者 黄中伟 李根生 王天宇 武晓光 《中国石油大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期86-94,共9页
水力压裂是有效开发干热岩的关键途径,核心步骤是向高温高应力地层中注入低温高压流体,冷冲击诱导热应力对干热岩裂缝起裂和扩展具有重要影响,但低温诱导热应力和地应力耦合作用下高温岩体应力场/温度场演化特征及裂缝扩展模式仍不明晰... 水力压裂是有效开发干热岩的关键途径,核心步骤是向高温高应力地层中注入低温高压流体,冷冲击诱导热应力对干热岩裂缝起裂和扩展具有重要影响,但低温诱导热应力和地应力耦合作用下高温岩体应力场/温度场演化特征及裂缝扩展模式仍不明晰。为此,建立考虑井筒应力叠加效应、岩石热孔隙弹性效应、弹脆性破坏准则和基岩孔渗随损伤变化的热流固-损伤耦合裂缝扩展数值模型,并与井筒冷却和裂缝扩展解析解对比,验证模型的准确性。研究不同热储地应力和流体注入温度下干热岩压裂应力场/温度场演化特征和裂缝扩展模式。结果表明:裂缝起裂时,井筒周围热应力作用较强,裂缝沿各方向扩展,裂缝起裂后,裂缝扩展受原地应力场影响增强,使裂缝转向,主要沿最大主应力方向扩展,温度变化局限在井筒附近地层;温差越大,热应力越强,起裂压力越低,利于形成复杂缝网;地应力差越小(最大主应力恒定),裂缝起裂/扩展方向受地应力控制程度小,利于形成复杂缝网,应力场扰动程度大。 展开更多
关键词 干热岩 水力压裂 热流固-损伤耦合模型 热应力 地应力差 破裂压力 裂缝扩展模式
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2D-C/SiC复合材料的偏轴压缩力学行为
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作者 宋远翔 杨成鹏 +1 位作者 李俊 贾斐 《力学学报》 北大核心 2025年第3期644-657,共14页
陶瓷基复合材料的面内本构关系对于热结构的设计与评价具有重要参考意义.对2D-C/SiC复合材料的轴向压缩、面内剪切和偏轴压缩力学行为进行了实验和模拟研究.通过单调压缩和循环加卸载实验,研究了不同加载角度(0°,15°,30°... 陶瓷基复合材料的面内本构关系对于热结构的设计与评价具有重要参考意义.对2D-C/SiC复合材料的轴向压缩、面内剪切和偏轴压缩力学行为进行了实验和模拟研究.通过单调压缩和循环加卸载实验,研究了不同加载角度(0°,15°,30°和45°)下材料的应力应变行为以及卸载模量与残余应变随卸载应力的演变规律;并表征了面内剪切应变响应行为以及剪切卸载模量和残余应变随卸载应力的演化行为.在理论层面,考虑材料的正交各向异性、非线性和细观损伤机理,应用连续介质损伤力学方法对材料的压缩、剪切和压-剪耦合损伤演化行为进行了描述,且提出了面内剪切和偏轴压缩力学行为表征模型;并基于损伤演化实验数据确定了损伤解耦模型中的压-剪损伤耦合系数和损伤钝化系数,对材料的偏轴压缩应力应变行为进行了模拟.结果表明:该材料的轴向压缩本构关系为线弹性;而面内剪切本构关系为非线性,且卸载模量随卸载应力的增大而减小,残余应变随卸载应力的增大而增大;偏轴压缩载荷下,轴向压缩应力对材料的剪切损伤具有抑制作用,而面内剪切应力对材料的轴向压缩损伤起到了促进作用,且材料的应力-应变响应行为呈现出了相当的复杂性.但模拟结果与实验数据的一致性表明,基于损伤解耦的本构模型可以较为准确地预测材料的偏轴压缩应力-应变行为. 展开更多
关键词 陶瓷基复合材料 正交各向异性 本构模型 损伤耦合 偏轴压缩
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冻融-弯曲荷载耦合作用下再生复合微粉混凝土损伤本构模型
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作者 高洁 石丹丹 +1 位作者 关虓 满晨 《混凝土》 北大核心 2025年第6期130-136,共7页
为研究冻融-弯曲荷载耦合作用下再生复合微粉混凝土(RCMC)损伤演化特征并建立损伤本构模型,对冻融-弯曲荷载耦合后的RCMC进行了相对动弹性模量测试、轴心受压试验和声发射试验,分析RCMC的力学性能和损伤发展,基于声发射累积能量建立考... 为研究冻融-弯曲荷载耦合作用下再生复合微粉混凝土(RCMC)损伤演化特征并建立损伤本构模型,对冻融-弯曲荷载耦合后的RCMC进行了相对动弹性模量测试、轴心受压试验和声发射试验,分析RCMC的力学性能和损伤发展,基于声发射累积能量建立考虑压密阶段的轴心受荷损伤模型,结合冻融-弯曲荷载耦合环境下的初始损伤,建立了冻融-弯曲荷载耦合后RCMC轴心受压全过程的分段损伤本构模型。结果表明:声发射累积能量可准确描述RCMC试件的损伤演化规律,随着冻融-弯曲荷载耦合作用的加剧,压密阶段声发射累积能量增加速率逐渐增大,RCMC相对动弹性模量下降速度加快,建立的损伤本构模型能较准确地反映RCMC试件在冻融-弯曲荷载耦合环境和轴心受压荷载作用下的损伤特征。 展开更多
关键词 损伤本构模型 声发射累积能量 轴心受压 冻融-弯曲荷载耦合
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温湿度耦合作用下风积沙混凝土劣化特性及损伤演化模型研究
15
作者 谢德江 《铁道建筑》 北大核心 2025年第5期142-149,共8页
为探究西北荒漠地区温湿度耦合作用下铁路沿线构筑物使用的风积沙混凝土的劣化特性,通过无侧限抗压试验、扫描电镜检测、核磁共振试验,从多尺度开展风积沙混凝土性能演化研究,并建立温湿度耦合作用下的宏细观损伤演化模型。结果表明:高... 为探究西北荒漠地区温湿度耦合作用下铁路沿线构筑物使用的风积沙混凝土的劣化特性,通过无侧限抗压试验、扫描电镜检测、核磁共振试验,从多尺度开展风积沙混凝土性能演化研究,并建立温湿度耦合作用下的宏细观损伤演化模型。结果表明:高温低湿环境会引起风积沙混凝土性能的显著衰减,温湿度耦合作用可以提高早期强度。养护温度超过56.3℃时,湿度对混凝土强度的影响比温度更显著。随着养护温度升高和湿度降低,混凝土中孔减少且小孔逐步连通并形成局部的大孔隙,微观结构完整性下降,微裂隙显著发育。基于试验结果和损伤理论提出的宏细观损伤模型的模拟结果误差小于15%,能够表征极端养护环境下混凝土的力学特点,可为荒漠地区风积沙混凝土设计提供理论参考。 展开更多
关键词 风积沙混凝土 温湿度耦合作用 劣化特性 损伤演化模型
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高地下水位及冬灌效应下宁夏引黄灌区渠道冻胀破坏试验研究
16
作者 蒋佳莉 陆立国 李瀚翔 《节水灌溉》 北大核心 2025年第5期21-27,33,共8页
为进一步探析高地下水位及冬灌效应下弧形坡脚梯形渠道冻害机理及过程,以宁夏引黄灌区秦渠为原型,基于COMSOL软件建立水热力耦合模型,并开展了与实测数据对比分析。结果表明:数值模拟与2 a原型监测的温度、水分、位移场分布规律较为一致... 为进一步探析高地下水位及冬灌效应下弧形坡脚梯形渠道冻害机理及过程,以宁夏引黄灌区秦渠为原型,基于COMSOL软件建立水热力耦合模型,并开展了与实测数据对比分析。结果表明:数值模拟与2 a原型监测的温度、水分、位移场分布规律较为一致,验证了数值耦合模型的合理性;在高地下水位埋深1.0 m工况下,冻结期内铺设苯板较无苯板在冻深表现、水分迁移、冻胀变形分布上均存在一定程度改善,以改善下截面应力分布程度最优;铺设6 cm苯板较无苯板仅能有效提升基土20 cm水热分布,仍需合理增设厚度,且应继续深化冻深范围内渠底、阴坡侧非等厚差异化抗冻胀结构设计以及考虑冬灌渗漏补给的数值耦合模型研究。 展开更多
关键词 引黄灌区 弧形坡脚梯形渠道 冻胀破坏 原型监测 数值模拟 水热力耦合模型
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Numerical simulation of dynamic fracture properties of rocks under different static stress conditions 被引量:7
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作者 LIANG Zheng-zhao QIAN Xi-kun +1 位作者 ZHANG Ya-fang LIAO Zhi-yi 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第2期624-644,共21页
When underground cavities are subjected to explosive stress waves,a uniquely damaged zone may appear due to the combined effect of dynamic loading and static pre-load stress.In this study,a rate-dependent two-dimensio... When underground cavities are subjected to explosive stress waves,a uniquely damaged zone may appear due to the combined effect of dynamic loading and static pre-load stress.In this study,a rate-dependent two-dimensional rock dynamic constitutive model was established to investigate the dynamic fractures of rocks under different static stress conditions.The effects of the loading rate and peak amplitude of the blasting wave under different confining pressures and the vertical compressive coefficient(K_(0))were considered.The numerical simulated results reproduced the initiation and further propagation of primary radial crack fractures,which were in agreement with the experimental results.The dynamic loading rate,peak amplitude,static vertical compressive coefficient(K_(0))and confining pressure affected the evolution of fractures around the borehole.The heterogeneity parameter(m)plays an important role in the evolution of fractures around the borehole.The crack propagation path became more discontinuous and rougher in a smallerheterogeneity parameter case. 展开更多
关键词 rock mechanics coupled static and dynamic loading numerical simulation rate-dependent damage constitutive model
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CMC-EBC损伤耦合机理及一体化设计研究进展 被引量:1
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作者 方光武 谢浩元 +2 位作者 张华军 高希光 宋迎东 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期647-661,共15页
陶瓷基复合材料与环境障碍涂层组合(CMC-EBC)是目前航空航天领域最具应用前景的热结构材料体系。本文对CMC-EBC失效机理与分析模型的研究进展进行综述。首先,简要回顾了CMC-EBC材料体系的发展及主要制备工艺。然后,综述了CMC-EBC在服役... 陶瓷基复合材料与环境障碍涂层组合(CMC-EBC)是目前航空航天领域最具应用前景的热结构材料体系。本文对CMC-EBC失效机理与分析模型的研究进展进行综述。首先,简要回顾了CMC-EBC材料体系的发展及主要制备工艺。然后,综述了CMC-EBC在服役环境下的主要损伤模式与失效机理,总结发现CMC预制体结构、孔洞缺陷和EBC内裂纹等损伤演化相互影响,这种细观损伤模式的耦合是决定其寿命的关键因素之一,但目前的机理研究主要集中于涂层本身性能及其受环境因素的影响,缺乏对涂层和复合材料编制结构在损伤演化过程中协同效应的考虑。接下来,详细分析了CMC-EBC的失效模拟与预测模型研究的历史与现状,指出其中存在的问题,包括环境因素建模方法和损伤耦合演化模拟技术。目前大部分工作致力于分别开发CMC和EBC的失效模型,而对于CMC-EBC构件的失效预测应考虑其损伤演化与微观结构之间的相互耦合影响。最后,对CMC-EBC材料体系研发与服役性能预测方法进行了展望,认为CMC本体和EBC失效模式相互耦合,开展结构功能一体化设计和分析是CMC-EBC构件研究的趋势。 展开更多
关键词 陶瓷基复合材料 环境障碍涂层 损伤耦合 失效模型 一体化设计 综述
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高地应力-化学侵蚀耦合作用下炭质板岩蠕变试验及非线性蠕变损伤模型 被引量:1
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作者 陈秋南 贺泳超 +2 位作者 陈湘生 谢云鹏 黄小城 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期789-798,共10页
为克服高程障碍并降低施工风险,可采用长大隧道穿越崇山峻岭,但这些隧道往往处于深埋高地应力环境,并受到化学侵蚀影响。为了解决此问题,以丽江—香格里拉炭质板岩大变形隧道为研究对象,采用室内试验和理论推导,研究深埋炭质板岩隧道受... 为克服高程障碍并降低施工风险,可采用长大隧道穿越崇山峻岭,但这些隧道往往处于深埋高地应力环境,并受到化学侵蚀影响。为了解决此问题,以丽江—香格里拉炭质板岩大变形隧道为研究对象,采用室内试验和理论推导,研究深埋炭质板岩隧道受化学侵蚀作用下的围岩变形特性。在Poyting-Thomson体蠕变体的基础上,根据模型元件的力学特性,叠加了损伤元件、化学损伤元件和非线性元件,提出高地应力-化学侵蚀耦合作用下炭质板岩非线性蠕变损伤本构关系。研究结果表明:1)炭质板岩试样受化学侵蚀影响显著,侵蚀90 d试样所产生的轴向蠕变应变为侵蚀0 d试样的2.02倍,侵蚀60 d试样所产生的径向蠕变为侵蚀0 d试样的1.85倍;2)受侵蚀的炭质板岩试样在三轴压缩状态下破裂以斜向贯通裂隙为主,并产生一定的滑移错动裂隙,且沿轴线的拉伸劈裂破坏受围压作用抑制明显,未产生竖向贯通裂隙。 展开更多
关键词 炭质板岩隧道 高地应力 化学侵蚀 耦合作用 蠕变试验 非线性蠕变损伤本构模型
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基于连续损伤力学的楔横轧芯部损伤建模及预测
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作者 彭文飞 张成 +2 位作者 林龙飞 黄明辉 余丰 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期711-720,751,共11页
楔横轧因存在芯部损伤累积行为而容易形成芯部疏松缺陷,准确预测芯部损伤形成条件对楔横轧轴类件高性能制造具有重要意义。开展了不同条件下的热拉伸试验,得到了影响材料损伤的主要因素;基于连续损伤力学,提出了耦合温度、应变速率和应... 楔横轧因存在芯部损伤累积行为而容易形成芯部疏松缺陷,准确预测芯部损伤形成条件对楔横轧轴类件高性能制造具有重要意义。开展了不同条件下的热拉伸试验,得到了影响材料损伤的主要因素;基于连续损伤力学,提出了耦合温度、应变速率和应力三轴度的损伤本构模型;开展了不同断面收缩率的楔横轧试验,标定了损伤本构模型的材料断裂阈值,并验证了损伤模型的预测精度;利用该模型预测了断面收缩率、展宽角、成形角对芯部损伤的影响规律,为参数选择提供参考。研究结果表明:温度、应变速率及应力三轴度都显著影响材料损伤行为,所建立的耦合损伤本构模型能较好地预测楔横轧芯部的损伤演化过程;楔横轧芯部损伤与成形角成反比,与展宽角和断面收缩率成正比,各参数影响程度由小到大依次为断面收缩率、展宽角、成形角。 展开更多
关键词 楔横轧 耦合损伤模型 芯部损伤 数值模拟
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