基于宏细观模型的黏弹性复合材料层合板阻尼预测

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作者 朱遂安 张鸿 +1 位作者 李湘萍 刘兵飞 《复合材料科学与工程》 北大核心 2025年第5期73-80,共8页

提出了一种基于宏细观模型求解复合材料层合板模态阻尼的有限元方法。该方法以层合板的模态分析结果作为边界条件输入基体为黏弹性的单向纤维RVE模型,计算了具有频率依赖性与应变依赖性的各向损耗因子,并结合应变能法在宏观模型中引入... 提出了一种基于宏细观模型求解复合材料层合板模态阻尼的有限元方法。该方法以层合板的模态分析结果作为边界条件输入基体为黏弹性的单向纤维RVE模型,计算了具有频率依赖性与应变依赖性的各向损耗因子,并结合应变能法在宏观模型中引入符合实际分布的阻尼,借助有限元软件中复频率分析步求解层合板的模态阻尼。与已有的阻尼预测方法相比,本方法的计算结果变化趋势更接近实验数据,且只需定义细观组分的材料属性即可实现任意体积分数、任意铺层的复合材料阻尼预测,具有更加广泛的适用性,为利用通用有限元软件分析各类复合材料提供了参考。 展开更多

关键词 宏细观模型 模态阻尼 有限元分析 应变能法 复合材料

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干湿循环脆性岩石直接拉伸断裂的宏细观力学模型 被引量：2

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作者 李晓照 车行 +1 位作者 李海峰 戚承志 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期1906-1916,2049,共12页

针对三峡库区消落带等长期处于干湿循环条件下导致岩石损伤破坏的工程问题,探究在干湿循环和直接拉伸荷载共同作用下,脆性岩石的宏细观断裂力学特性这个难点问题。由于干湿循环条件下的直接拉伸试验较难实现,考虑干湿循环与直接拉伸荷... 针对三峡库区消落带等长期处于干湿循环条件下导致岩石损伤破坏的工程问题,探究在干湿循环和直接拉伸荷载共同作用下,脆性岩石的宏细观断裂力学特性这个难点问题。由于干湿循环条件下的直接拉伸试验较难实现,考虑干湿循环与直接拉伸荷载作用的宏细观力学关系模型非常欠缺。基于断裂力学理论方法,结合干湿循环试验研究方法,提出了一种干湿循环条件下脆性岩石直接拉伸断裂的宏细观力学模型。该模型是在考虑了干湿循环次数n与含水率ω对断裂韧度K_(IC)和初始损伤因子D_(0)综合影响的基础上,结合岩石初始细观裂纹损伤与裂纹断裂韧度的直接拉伸细观裂纹扩展力学模型建立的。对比分析抗拉强度、裂纹扩展极限长度l_(lim)、弹性模量、岩石劣化损伤的理论与试验结果,验证了模型的合理性。讨论了初始裂纹倾角φ、材料常数β等参数影响下,裂纹启裂应力及峰值应力随干湿循环次数n的变化规律。对比分析了干湿循环和单独含水条件对岩石劣化度力学特性的影响。 展开更多

关键词 脆性岩石 干湿循环 直接拉伸 断裂 宏细观力学模型

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高渗透压脆性岩石蠕变宏-细观力学模型研究 被引量：7

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作者 李晓照 班力壬 戚承志 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第12期3987-3995,共9页

高渗透压对深部地下工程脆性岩石蠕变力学特性有着重要影响。然而,能够解释高渗透压作用脆性岩石完整减速、稳态及加速三级蠕变过程中,细观裂纹扩展与宏观变形关系的宏细观力学模型研究很少。基于考虑含有初始裂纹与新生成翼型裂纹影响... 高渗透压对深部地下工程脆性岩石蠕变力学特性有着重要影响。然而,能够解释高渗透压作用脆性岩石完整减速、稳态及加速三级蠕变过程中,细观裂纹扩展与宏观变形关系的宏细观力学模型研究很少。基于考虑含有初始裂纹与新生成翼型裂纹影响的裂纹尖端应力强度模型,引入渗透水压与初始裂纹及新生成翼型裂纹之间的力学关系,建立了考虑渗透水压作用的裂纹尖端应力强度模型;然后结合亚临界裂纹扩展法则,与裂纹及应变损伤关系模型,推出了考虑渗透水压影响的脆性岩石蠕变裂纹扩展与宏观变形关系的宏细观力学模型。当施加轴向应力小于岩石裂纹启裂应力时,岩石近似表现为线弹性变形;当施加轴向应力大于裂纹启裂应力且小于岩石峰值强度,岩石表现为塑性蠕变变形。研究了不同渗透压作用下,分级轴向应力加载岩石蠕变应变时间演化曲线,并通过试验结果验证了模型的合理性。分别讨论了恒定渗透压与分级渗透压,对脆性岩石蠕变过程中裂纹长度、裂纹扩展速率、轴向应变及轴向应变率的影响。该模型为高渗透压深部地下工程围岩稳定性评价提供了重要理论依据。 展开更多

关键词 脆性岩石 蠕变 高渗透水压 裂纹扩展 宏细观模型

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脆性岩石渐进及蠕变失效特性宏细观力学模型研究 被引量：12

4

作者 李晓照 邵珠山 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第8期1391-1398,共8页

压应力作用脆性岩石渐进及蠕变失效特性是其力学性质研究的两个主要研究方向。其对于深部地下开挖围岩稳定性的判断有着重要的指导意义。岩石内部微裂纹扩展对脆性岩石的渐进及蠕变特性有着重要的影响。因此,基于岩石的应力与裂纹扩展... 压应力作用脆性岩石渐进及蠕变失效特性是其力学性质研究的两个主要研究方向。其对于深部地下开挖围岩稳定性的判断有着重要的指导意义。岩石内部微裂纹扩展对脆性岩石的渐进及蠕变特性有着重要的影响。因此,基于岩石的应力与裂纹扩展关系及裂纹扩张演化法则,并结合宏细观损伤定义之间的关系,提出了一个新的宏细观力学模型,推出了岩石完整的应力–应变关系与蠕变理论表达式。分析了围压对岩石的应力–应变关系的影响。研究了岩石内部初始微裂纹尺寸及裂纹间摩擦系数对应力应变关系及岩石强度的影响。并给出了不同围压下岩石裂纹初始应力与峰值应力,其对蠕变实验中的施加应力初始值选取提供了一定参考。然后,研究了恒定围压、轴压分级加载应力路径下的岩石蠕变应变及应变率变化趋势。通过试验结果验证了理论模型的合理性。进而,对压应力作用下细观裂纹扩展对岩石力学特性影响的理解提供了一定的理论参考。 展开更多

关键词 宏细观力学模型 应力-应变关系 蠕变 断裂 损伤

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基于宏—细观模型的疲劳裂纹萌生数值模拟 被引量：11

5

作者 牟园伟 陆山 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2012年第3期379-383,共5页

为了研究材料微观特性对结构疲劳寿命的影响,提高结构疲劳寿命预估精度,根据Tanaka-Mura单一微裂纹及裂尖微裂纹萌生寿命预测模型,模拟疲劳载荷下某马氏体钢孔边疲劳裂纹萌生寿命。利用泰森多边形生成法,生成代表多晶结构的二维特征单... 为了研究材料微观特性对结构疲劳寿命的影响,提高结构疲劳寿命预估精度,根据Tanaka-Mura单一微裂纹及裂尖微裂纹萌生寿命预测模型,模拟疲劳载荷下某马氏体钢孔边疲劳裂纹萌生寿命。利用泰森多边形生成法,生成代表多晶结构的二维特征单元。考虑晶粒内相互垂直的多滑移特性以及已起裂裂纹对相邻晶粒裂纹萌生的影响,建立微裂纹起裂与扩展的改进模型。中心孔平板试件疲劳寿命的数值模拟结果与试验值吻合良好,说明给出的改进宏细观疲劳寿命预测模型的有效性。 展开更多

关键词 宏—细观模型 疲劳裂纹萌生 泰森多边形 滑移带 数值模拟

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基于宏细观统一本构模型的复合材料湿热应力分析 被引量：1

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作者 王德 金平 +1 位作者 谭晓明 万铖 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第3期389-394,共6页

基于有限体积直接平均方法(Finite-volume direct averaging micromechanics,FVDAM),建立了一种从复合材料细观到宏观的统一本构模型。根据均匀化方法和连续介质力学构建复合材料的宏细观相关矩阵,通过该矩阵将细观组分材料的损伤性能... 基于有限体积直接平均方法(Finite-volume direct averaging micromechanics,FVDAM),建立了一种从复合材料细观到宏观的统一本构模型。根据均匀化方法和连续介质力学构建复合材料的宏细观相关矩阵,通过该矩阵将细观组分材料的损伤性能传递到宏观复合材料中,计算了湿热环境中复合材料的细观应力场。结果表明:FVDAM采用子胞边界平均位移作为未知量,使本构模型中的未知量总数大为减小,相对提高了模型的效率,但这些方程都是建立在平均意义上的,因此预测的应力场存在一定的不连续性;湿热环境下,前期的吸湿有缓解热残余应力的作用,随着时间的增加,吸湿的影响逐渐超过热残余应力的影响。 展开更多

关键词 复合材料 宏细观统一本构模型 平均边界 湿热应力场

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基于宏—细观模型的石漫滩水库重力坝开裂机理研究 被引量：1

7

作者 赵婷 焦延涛 +1 位作者 张亚坤 侯黎黎 《水电能源科学》 北大核心 2023年第11期65-68,9,共5页

为了弄清石漫滩水库混凝土重力坝坝体运行期裂缝形成机理,采用APDL语言中的ESEL命令并配合局部坐标系的旋转来完成随机骨料的投放方法,构建了石漫滩大坝^(#)9非溢流坝段的三维宏-细观有限元模型,通过模拟计算,分析了运行期大坝的裂缝成... 为了弄清石漫滩水库混凝土重力坝坝体运行期裂缝形成机理,采用APDL语言中的ESEL命令并配合局部坐标系的旋转来完成随机骨料的投放方法,构建了石漫滩大坝^(#)9非溢流坝段的三维宏-细观有限元模型,通过模拟计算,分析了运行期大坝的裂缝成因。结果表明,该方法可快速生成三维球形及多面体形骨料,大大提高了骨料的生成效率;采用宏-细观模型计算的结果与大坝的实际裂纹分布情况更为符合,周期性的冬季快速温降及夏季快速温升对运行期混凝土坝开裂的影响不容忽视。 展开更多

关键词 混凝土重力坝 宏-细观有限元模型 温度裂缝 APDL命令流

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基于CT扫描试验及数字图像处理的混凝土宏细观建模研究 被引量：10

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作者 王梦蔚 卢广达 黄丹 《混凝土》 CAS CSCD 北大核心 2014年第11期27-30,共4页

混凝土的宏观性能指标与内部细观结构紧密相关,探寻混凝土细观结构参数与宏观性能指标及其破坏特性之间的关系一直是多领域关注的热点问题。基于CT断层扫描技术观测混凝土内部细观结构并通过数字图像处理技术和提取细观参数构建宏细观... 混凝土的宏观性能指标与内部细观结构紧密相关,探寻混凝土细观结构参数与宏观性能指标及其破坏特性之间的关系一直是多领域关注的热点问题。基于CT断层扫描技术观测混凝土内部细观结构并通过数字图像处理技术和提取细观参数构建宏细观结合的混凝土分析模型是近年来颇受关注的新途径。综述了目前国内外基于CT扫描与数字图像处理技术进行混凝土宏细观建模的相关研究进展,提出细观结构探测、数字图像处理以及宏细观建模的关键问题和发展方向。 展开更多

关键词 混凝土 数字图像处理技术 细观结构 宏细观模型

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预拉脆性岩石动态直接拉伸断裂的宏细观力学模型

9

作者 李晓照 闫怀蔚 +1 位作者 李连杰 戚承志 《岩土力学》 2025年第S1期217-227,237,共12页

预拉应力作用下脆性岩石的动态直接拉伸破坏力学特性,对于深部岩石工程的安全稳定性评价具有重要意义。然而,由于预拉岩石的动力直接拉伸试验条件较为苛刻,该方面的试验研究相对欠缺,关于宏-细观力学机制的理论研究更是缺乏。基于准静... 预拉应力作用下脆性岩石的动态直接拉伸破坏力学特性,对于深部岩石工程的安全稳定性评价具有重要意义。然而,由于预拉岩石的动力直接拉伸试验条件较为苛刻,该方面的试验研究相对欠缺,关于宏-细观力学机制的理论研究更是缺乏。基于准静态直接拉伸荷载作用下的翼型裂纹扩展模型、准静态与动态断裂韧度关系模型、动静耦合的应变率与应变关系函数,通过引入与预拉应力相关的断裂韧度修正参数λ,提出了一个脆性岩石在预拉伸作用下动态直接拉伸破坏的本构关系模型,建立了预拉岩石动态断裂韧度增强效应与动态直接拉伸强度提升之间的联系。当预拉应力小于岩石内部裂纹启裂应力时,预拉应力的增大强化了脆性岩石的动态直接拉伸强度。通过比较轴向预拉应力σ_(1pre)与裂纹启裂应力σ_(1ci)的大小关系,将预拉岩石动态直接拉伸断裂本构关系分为3种工况。重点分析了预拉应力对脆性岩石力学特性影响,讨论了岩石初始状态参数(初始损伤、裂纹初始尺寸、角度)对预拉岩石力学特性影响。研究结果为深部地下工程施工与设计提供一定理论参考。 展开更多

关键词 脆性岩石 预拉应力 动态直接拉伸 本构关系 宏细观力学模型

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三维机织复合材料的连接性能与失效机制

10

作者 张茜 张一帆 +7 位作者 邹齐 张鹏 焦亚男 安柳絮 刘燕峰 张代军 郝俊杰 陈利 《复合材料科学与工程》 CAS 北大核心 2024年第9期5-11,66,共8页

为了研究织物结构对三维机织复合材料连接性能的影响,设计了多层多向机织结构和层联机织结构复合材料,建立了开孔连接结构宏细观耦合分析模型,揭示了三维机织复合材料连接失效机制。研究表明:±45°纱所占的比例对复合材料机械... 为了研究织物结构对三维机织复合材料连接性能的影响,设计了多层多向机织结构和层联机织结构复合材料,建立了开孔连接结构宏细观耦合分析模型,揭示了三维机织复合材料连接失效机制。研究表明:±45°纱所占的比例对复合材料机械连接的挤压强度具有重要影响,±45°纱线的引入,可以提高承载纱线的含量,能够有效改善孔边的应力集中现象;多层多向机织复合材料主要发生0°纱、90°纱和斜向纱的横纵向的损伤,损伤最初发生在孔边并逐渐扩展且呈对称分布,载荷的传递方向和损伤的传播方向呈现角度的特征。 展开更多

关键词 三维机织复合材料 开孔连接 宏细观耦合模型 力学行为 失效机制

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基于微裂纹演化的岩石蠕变损伤与破裂过程的数值模拟 被引量：15

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作者 陆银龙 王连国 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第6期1276-1283,共8页

传统的岩石唯像蠕变模型忽略了岩石内在细观结构的时效损伤演化机制,无法从深层次上揭示复杂工程条件下岩石蠕变特性和时效破裂机理。基于连续介质力学理论,提出了一种表征真实岩石介质的宏-细观双尺度概念模型;依据细观尺度下微裂纹瞬... 传统的岩石唯像蠕变模型忽略了岩石内在细观结构的时效损伤演化机制,无法从深层次上揭示复杂工程条件下岩石蠕变特性和时效破裂机理。基于连续介质力学理论,提出了一种表征真实岩石介质的宏-细观双尺度概念模型;依据细观尺度下微裂纹瞬时扩展和亚临界扩展的物理机制,运用损伤力学与断裂力学理论,建立了基于微裂纹演化的岩石细观蠕变损伤本构方程及破裂准则;采用Matlab软件编程将该细观模型嵌入到Comsol宏观有限元模型中,实现了一种能够模拟岩石蠕变损伤与破裂演化全过程的数值方法。在此基础上,利用建立的数值方法对双轴压缩条件下岩石蠕变过程进行了数值模拟,模拟结果很好地表征了岩石典型的3阶段蠕变特征,并以一种物理真实、可视化的方式深入地揭示了岩石从细观时效损伤演化至宏观破裂的全过程。 展开更多

关键词 微裂纹扩展 蠕变 损伤演化 破裂 宏-细观模型

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纤维增强金属基复合材料弹塑性行为分析 被引量：5

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作者 雷友锋 宋迎东 高德平 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2003年第6期982-985,1002,共5页

在分析复合材料宏、细观场量之间联系的基础上 ,基于复合材料细观结构周期性假设 ,选取适当的代表性体积元 ,采用弱化的边界连续性与周期性条件 ,通过对细观力学方程的建立与求解 ,建立了一种纤维增强金属基复合材料宏、细观统一力学模... 在分析复合材料宏、细观场量之间联系的基础上 ,基于复合材料细观结构周期性假设 ,选取适当的代表性体积元 ,采用弱化的边界连续性与周期性条件 ,通过对细观力学方程的建立与求解 ,建立了一种纤维增强金属基复合材料宏、细观统一力学模型。该模型建立起了宏、细观场量的联系 ,获得了宏观应力 -应变关系。试验及理论计算表明 ,该模型能够较好地预测复合材料宏观弹塑性性能。利用该模型分析了复合材料宏观弹塑性应力 -应变响应以及细观几何结构特征对宏观弹塑性性能的影响。此外 ,将该模型与常规的结构分析方法 (如有限元法 )相结合 ,能够开展对金属基复合材料结构的弹塑性行为分析。 展开更多

关键词 金属基复合材料 弹塑性性能 宏、细观统一力学模型 代表性体积元

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基于裂纹扩展脆性岩石动力压缩力学特性研究 被引量：3

13

作者 李晓照 戚承志 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期49-59,共11页

动态压缩荷载作用下,脆性岩石内部动态细观裂纹扩展特性,对岩石宏观动态力学特性有着重要的影响。然而,对岩石内部动态细观裂纹扩展与宏观动态力学特性的关系研究较少。基于准静态裂纹扩展作用下的应力-应变本构模型、准静态与动态裂纹... 动态压缩荷载作用下,脆性岩石内部动态细观裂纹扩展特性,对岩石宏观动态力学特性有着重要的影响。然而,对岩石内部动态细观裂纹扩展与宏观动态力学特性的关系研究较少。基于准静态裂纹扩展作用下的应力-应变本构模型、准静态与动态裂纹扩展断裂韧度关系、裂纹速率与应变率关系模型及应变率与动态断裂韧度关系,提出了一种基于细观力学的动态应力-应变本构模型。其中裂纹速率与应变率关系,是根据裂纹长度与应变关系的时间导数推出;应变率与动态断裂韧度关系,是根据推出的裂纹速率及应变率关系,与裂纹速率及断裂韧度关系相结合而得到。研究了应变率对应力-应变本构关系及动态压缩强度影响。并通过试验结果验证了模型的合理性。讨论了岩石初始损伤、围压、模型中参数m、ε0和R对应力-应变关系、动态压缩强度和动态弹性模量的影响。研究结果可为动态压缩荷载作用下深部地下工程脆性围岩稳定性分析提供了一定的理论支持。 展开更多

关键词 脆性岩石 宏-细观模型 应变率 动态本构关系 动态弹性模量

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多尺度水泥基材料渗透性与孔隙关系模拟研究

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作者 赵青 张敏 李宗利 《人民长江》 北大核心 2022年第8期153-158,共6页

水泥基材料是以水泥为基本胶结材料的多孔介质,孔隙率、孔隙尺寸及结构决定其渗透特性。对于低渗透性水泥基材料,物理测定其水力渗透系数较困难。为此,从细观尺度着手,基于向上扩展多尺度法,随机生成不同孔隙率的渗流三维模型,采用分级... 水泥基材料是以水泥为基本胶结材料的多孔介质,孔隙率、孔隙尺寸及结构决定其渗透特性。对于低渗透性水泥基材料,物理测定其水力渗透系数较困难。为此,从细观尺度着手,基于向上扩展多尺度法,随机生成不同孔隙率的渗流三维模型,采用分级计算、逐级逼近方式,实现细观与宏观模型材料参数传递;应用图型结构与Dijkstra算法,判断孔隙连通性,研究了水泥基材料渗透性与其孔隙参数的关系。研究结果表明:①等效渗透系数随孔隙宽度的增加而增大,与孔隙尺寸的平方近似成正比。②孔隙的连通性随着孔隙率的增大而增强,有效孔隙率随之提高,等效渗透系数与有效孔隙率成二次函数关系。③当总孔隙率小于或等于0.2时,孔隙网络将不再连通,水泥基材料可视为不透水介质。 展开更多

关键词 水泥基材料 渗透系数 孔隙率 宏细观数值模型 多尺度法

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