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应用卷积近场动力学快速模拟随机裂纹扩展 被引量:1
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作者 周建 廖星川 +2 位作者 刘福深 尚肖楠 沈君逸 《岩土力学》 北大核心 2025年第2期625-639,共15页
传统近场动力学方法采用积分方程替代连续介质力学中的偏微分方程,获得了对未知函数无光滑限制且更具一般性的方程,使得该方法特别适合模拟裂纹自发萌生和扩展等非连续问题,但高昂的计算成本往往限制了其在实际工程中的应用。采用一种... 传统近场动力学方法采用积分方程替代连续介质力学中的偏微分方程,获得了对未知函数无光滑限制且更具一般性的方程,使得该方法特别适合模拟裂纹自发萌生和扩展等非连续问题,但高昂的计算成本往往限制了其在实际工程中的应用。采用一种基于快速卷积的近场动力学方法,以提高近场动力学方法的计算效率。该算法采用快速傅里叶变换来完成卷积计算,实现近场动力学方程中积分项的计算,可显著降低近场动力学的计算成本。基于快速卷积近场动力学的计算流程及其数值实现特性,提出了一套适用于该算法的前处理方法,并通过两个含预制裂纹的受拉方板算例验证了该前处理方法的可行性。在此基础上,进一步提出了随机裂纹扩展预测的建模方法,为岩土体随机裂纹扩展的预测研究提供了一个新的可行的思路。 展开更多
关键词 近场动力学 快速卷积 建模方法 随机裂纹扩展预测
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8Cr4Mo4V轴承钢微观裂纹萌生与扩展机制的分子动力学模拟
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作者 马天宇 巩固 +3 位作者 曹宏瑞 史江海 尉询楷 章立军 《中国机械工程》 北大核心 2025年第10期2179-2189,共11页
为研究8Cr4Mo4V轴承钢中渗碳体对基体力学性能及微裂纹萌生与扩展的影响,采用分子动力学方法系统分析了渗碳体的几何参数(如形状、尺寸、位置)对裂纹萌生和扩展的影响机制,并结合内聚力理论研究了界面裂纹扩展特性。研究结果表明:渗碳... 为研究8Cr4Mo4V轴承钢中渗碳体对基体力学性能及微裂纹萌生与扩展的影响,采用分子动力学方法系统分析了渗碳体的几何参数(如形状、尺寸、位置)对裂纹萌生和扩展的影响机制,并结合内聚力理论研究了界面裂纹扩展特性。研究结果表明:渗碳体显著提高了bcc-Fe基体的力学性能,渗碳体尺寸越小,它对基体力学性能的增强效果越显著;渗碳体的形状和位置对力学性能影响较小,但尖锐的夹杂加速了裂纹扩展,且夹杂的位置决定了裂纹的扩展路径;在bcc-Fe基体与渗碳体间的界面和错向角较大的孪晶界面,裂纹更难萌生。 展开更多
关键词 8Cr4Mo4V轴承钢 渗碳体 分子动力学 裂纹扩展 内聚力参数
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基于近场动力学理论的腐蚀疲劳裂纹扩展数值模拟
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作者 卫少东 钱松荣 +2 位作者 周诗云 郑鑫 侯怡 《机械强度》 北大核心 2025年第4期70-78,共9页
为了模拟腐蚀疲劳的裂纹扩展,提出了一种近场动力学腐蚀-疲劳断裂耦合模型,并将该模型应用于A7N01PT4铝合金的裂纹扩展模拟分析。在该模型中,用氢和应力的交互作用体现腐蚀中阳极溶解和氢致开裂两种机制之间的协同作用,在量化材料因腐... 为了模拟腐蚀疲劳的裂纹扩展,提出了一种近场动力学腐蚀-疲劳断裂耦合模型,并将该模型应用于A7N01PT4铝合金的裂纹扩展模拟分析。在该模型中,用氢和应力的交互作用体现腐蚀中阳极溶解和氢致开裂两种机制之间的协同作用,在量化材料因腐蚀产生断裂行为时,将腐蚀求解步骤和力学求解步骤进行耦合。由于氢使材料的塑性降低并发生脆性断裂,在研究中采用适合模拟各向同性脆性破坏的键型近场动力学理论,并使用准脆性材料的本构力函数来描述近场力与伸长率之间的关系,该函数包含线性和非线性力学行为。通过将仿真结果与A7N01P-T4铝合金在3.5%NaCl溶液中的试验结果进行比较,发现两者之间吻合较好,从而验证了该模型的可行性。 展开更多
关键词 近场动力学理论 本构方程 腐蚀疲劳 阳极溶解 裂纹扩展
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冻融与动载耦合作用下砂岩的动力学性能及裂纹扩展规律
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作者 何世静 汪漫 +4 位作者 焦玉勇 刘文连 许汉华 眭素刚 胡小悦 《安全与环境工程》 北大核心 2025年第3期101-111,共11页
高寒地区矿山岩质边坡工程一直是国内外研究的热点,由于常年受冻融侵蚀、开采爆破及地震等多种因素的影响,造成了严重的安全隐患,制约了矿山资源的安全高效生产。为了更深入地了解矿山岩质边坡岩体在冻融及动载耦合作用下的损伤劣化机理... 高寒地区矿山岩质边坡工程一直是国内外研究的热点,由于常年受冻融侵蚀、开采爆破及地震等多种因素的影响,造成了严重的安全隐患,制约了矿山资源的安全高效生产。为了更深入地了解矿山岩质边坡岩体在冻融及动载耦合作用下的损伤劣化机理,本文通过制备矿区砂岩试样,基于冻融循环试验、分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)试验、数字图像相关(digital image correlation,DIC)技术等手段对高寒地区岩石在冻融及动载耦合作用下的力学性能及裂纹扩展规律进行了分析。结果显示:①砂岩试样的动态峰值应力和动弹性模量随着冻融循环次数的增加逐渐降低,应变峰值随着冻融循环次数的增加而逐渐增大,同时在线弹性阶段,应力-应变曲线斜率随冻融循环次数的增加不断减小;②在冲击荷载作用下砂岩试样y向应变集中区的分布决定了试样在破坏过程中初始裂纹和次生裂纹的产生和扩展,同时位移云图和监测点位移的正负可以判断裂缝发生的位置及裂纹长度变化。该研究结论可为高寒地区岩体工程在冻融、动载等灾害防治方面提供一定的理论参考。 展开更多
关键词 砂岩 动力学特性 裂纹扩展规律 冻融循环 分离式霍普金森压杆(SHPB)试验 数字图像相关(DIC)技术
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双轴动载下船用脆性材料破坏的态基近场动力学模拟
5
作者 李双 吕海宁 +3 位作者 黄小华 苏强 秦睿 毛竞航 《船舶力学》 北大核心 2025年第7期1089-1099,共11页
船用脆性材料在动载作用下的破坏分析一直是学术和工程领域关注的重点。在态基近场动力学(peridynamic,PD)基础上,引入一项四次多项式影响函数来反映非局部PD长程力衰减,并给出了基于能量的破坏准则,建立了船用脆性材料破坏的态基PD模... 船用脆性材料在动载作用下的破坏分析一直是学术和工程领域关注的重点。在态基近场动力学(peridynamic,PD)基础上,引入一项四次多项式影响函数来反映非局部PD长程力衰减,并给出了基于能量的破坏准则,建立了船用脆性材料破坏的态基PD模型。通过一系列动载作用下破坏算例的模拟以及与试验结果的对比,验证了该模型的准确性,研究了双轴荷载比、材料泊松比、中心预制裂纹长度和裂纹角度等对脆性固体破坏的影响。结果表明:在一定条件下,双轴荷载比或预制裂纹角度的改变会影响裂纹扩展方向,荷载比或材料泊松比则会影响主裂纹而产生裂纹分叉。而且,荷载比或泊松比的增大提高了试件抗动载能力,但预制裂纹长度或角度的增加,会使脆性构件抗动载能力降低。 展开更多
关键词 动力破坏 态基近场动力学 脆性材料 断裂 裂纹扩展
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应变率效应影响下混凝土材料冲击损伤过程的近场动力学分析
6
作者 黄奕程 王志良 +3 位作者 申林方 李松波 华涛 肖又源 《材料导报》 北大核心 2025年第S1期310-317,共8页
混凝土材料产生的应变率效应会改变其在冲击荷载作用下的动态损伤过程。为此,基于键型近场动力学方法,通过改进力密度函数使其能够准确表征混凝土结构受力与动态破坏机制间的联系,建立了刚性圆柱体荷载作用下混凝土板损伤破坏过程的三... 混凝土材料产生的应变率效应会改变其在冲击荷载作用下的动态损伤过程。为此,基于键型近场动力学方法,通过改进力密度函数使其能够准确表征混凝土结构受力与动态破坏机制间的联系,建立了刚性圆柱体荷载作用下混凝土板损伤破坏过程的三维数值计算模型,并结合试验结果验证了该模型的有效性。最后,探讨了冲击荷载作用下初始冲击速度、刚性圆柱体直径以及混凝土板厚度等因素对裂纹扩展机制及结构破坏形态的影响。随着初始冲击速度的提高,混凝土板的破坏程度显著增加,裂纹网络由局部向大范围辐射扩展;圆柱体直径的增大显著扩大了混凝土板的损伤范围和裂纹复杂度,增强了材料的动态强度和能量分散能力;混凝土板厚度的增加使损伤范围先扩大后缩小,较厚板材在高应变率下更有效地阻挡和分散冲击能量,同时导致损伤形态更复杂。 展开更多
关键词 应变率效应 混凝土 近场动力学 冲击荷载 裂纹扩展 数值模拟
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基于近场动力学方法的NEPE推进剂断裂失效
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作者 刘瀚文 付小龙 +1 位作者 王江宁 孟赛钦 《兵工学报》 北大核心 2025年第7期162-169,共8页
开展了硝酸酯增塑聚醚(Nitrate Ester Plasticized Polyether,NEPE)推进剂在100 mm/min拉伸速率下的单边缺口张力实验,研究了NEPE推进剂裂纹扩展过程中的力学响应、裂纹形态和演化路径。基于键型近场动力学理论,模拟了NEPE推进剂的裂纹... 开展了硝酸酯增塑聚醚(Nitrate Ester Plasticized Polyether,NEPE)推进剂在100 mm/min拉伸速率下的单边缺口张力实验,研究了NEPE推进剂裂纹扩展过程中的力学响应、裂纹形态和演化路径。基于键型近场动力学理论,模拟了NEPE推进剂的裂纹扩展失效过程,计算了断裂韧性临界应力强度因子,并提出了与应力强度因子相关的考虑推进剂燃速的断裂准则。实验结果表明:NEPE推进剂在裂纹扩展过程中会出现钝化断裂现象;宏观裂纹扩展发生之前,推进剂内部就已出现损伤。键型近场动力学方法可以准确模拟NEPE推进剂的裂纹扩展过程、计算应力强度因子并可视化推进剂内部的损伤情况,说明近场动力学方法能够为NEPE推进剂断裂过程的数值模拟提供新的方法。 展开更多
关键词 NEPE推进剂 断裂特性 近场动力学 裂纹扩展 应力强度因子
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含裂纹多晶FeO/Fe拉伸力学性能的分子动力学研究
8
作者 龚建雄 周存龙 +3 位作者 郭瑞 孟钰峰 李兴玉 王天翔 《材料科学与工艺》 北大核心 2025年第4期43-50,共8页
针对机械除鳞工艺中因氧化皮结构复杂,其破裂机理及力学性能难以掌握、除鳞工艺参数难以精确设定的问题,本文采用分子动力学模拟方法,建立多晶FeO/Fe模型,设置裂纹缺陷,模拟单轴拉伸下应变率和裂纹位置对多晶FeO/Fe断裂变形的影响。研... 针对机械除鳞工艺中因氧化皮结构复杂,其破裂机理及力学性能难以掌握、除鳞工艺参数难以精确设定的问题,本文采用分子动力学模拟方法,建立多晶FeO/Fe模型,设置裂纹缺陷,模拟单轴拉伸下应变率和裂纹位置对多晶FeO/Fe断裂变形的影响。研究表明:从中心对称参数可得原子紊乱程度不同,其由高到低的区域依次为裂纹缺陷>原始晶界>原始FeO/Fe界面>原始多晶内部;当应变率一定时,多晶FeO/Fe断裂行为有差异,完美模型(即无缺陷)及裂纹位于晶内、晶界时,失效方式为沿晶断裂;裂纹位于FeO/Fe界面时,失效方式为界面断裂。裂纹位于相同位置时,随着应变率从1×10^(9)s^(-1)增大到1×10^(10)s^(-1),位错总数量从51条增至105条,总长度从58.78nm增至112.11nm,模型塑性变形更强,抗拉强度逐渐升高,由2.21GPa增大到3.25GPa,且裂纹断裂程度逐渐减小。研究结果可对掌握氧化皮的破裂机理提供理论帮助,为精确除鳞工艺参数提供指导。 展开更多
关键词 多晶FeO/Fe 分子动力学 应变率 裂纹位置 位错 断裂
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软弱层岩体间隔破裂现象的近场动力学方法模拟
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作者 马鹏飞 张艺晨 +2 位作者 袁超 徐茂洲 郭小雄 《岩土力学》 北大核心 2025年第7期2296-2307,共12页
在经典近场动力学基础上利用变形等价关系重新推导了非局部力密度,结合非局部微分算子理论降低边界处的计算误差,基于此构建了应力-应变求解模型,解决了传统理论在应力分析方面的局限性,同时引入应变能密度(strain energy density)刚度... 在经典近场动力学基础上利用变形等价关系重新推导了非局部力密度,结合非局部微分算子理论降低边界处的计算误差,基于此构建了应力-应变求解模型,解决了传统理论在应力分析方面的局限性,同时引入应变能密度(strain energy density)刚度折减理论,建立裂纹处介质的力学参数与残余应变能之间的关联。本方法被用于模拟软弱层岩体裂隙间的应力分布情况,并通过与先前研究结果的对比验证了其有效性和适用性。此外,研究了完整层状岩体中软弱层条形间隔破裂的演化过程。结果表明,软弱层岩体裂缝间距与厚度比值对力学状态影响显著,随着比值不断增加,裂纹之间的应力值整体由压应力转变为拉应力。软弱层的等间距破裂现象包括微裂隙的扩展、间隔裂纹的形成以及裂隙逐渐饱和等过程。外荷载作用下引发软弱层与基层之间的损伤以及岩层整体破裂。本方法能够有效描述层状岩体的间隔破裂过程,显示出良好的应用前景。 展开更多
关键词 层状岩体 近场动力学 裂纹扩展 间隔破裂
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基于近场动力学的含损伤缺陷Q345钢裂纹扩展分析 被引量:3
10
作者 李双 吕海宁 +1 位作者 黄小华 杨建民 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2024年第1期103-114,共12页
船舶与海洋工程结构中由于材料本身缺陷或服役过程中产生的细小裂纹,使结构不可避免地产生裂纹损伤,造成应力集中而破坏。为了研究含裂纹缺陷低合金钢构件的裂纹扩展行为,以应用广泛的Q345钢为研究对象,基于近场动力学(Peridynamics,PD... 船舶与海洋工程结构中由于材料本身缺陷或服役过程中产生的细小裂纹,使结构不可避免地产生裂纹损伤,造成应力集中而破坏。为了研究含裂纹缺陷低合金钢构件的裂纹扩展行为,以应用广泛的Q345钢为研究对象,基于近场动力学(Peridynamics,PD)理论提出一种改进的双参数PD方法。首先考虑PD力的非局部长程力特性,推导对应的键刚度系数;其次,根据含裂纹缺陷Q345钢拉伸破坏的线性和非线性的力学行为,构建双参数PD本构力函数的基本形式。通过研究不同双裂纹间距、长度和角度的Q345钢裂纹扩展行为,与试验结果对比验证本文改进的双参数PD方法的准确性,并且给出交变荷载情形下疲劳裂纹扩展的计算方法。结果可为船舶钢构件的优化设计和断裂预防提供参考。 展开更多
关键词 Q345钢 近场动力学 裂纹扩展 损伤断裂 受拉破坏
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2UU-PSU上肢康复机构运动学与动力学研究
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作者 崔冰艳 李文静 +4 位作者 安福新 尚林 吴位贏 杜义仑 桂小庚 《光学精密工程》 北大核心 2025年第6期884-894,共11页
随着康复医疗技术的发展以及对上肢康复效果精准度要求的提高,对高效精准的上肢并联康复机构的研究愈发关键。提出一种新上肢并联康复机构,并针对其展开运动学与动力学层面的剖析。分析2UU-PSU自由度,采用闭环矢量法进行位姿求解并推导... 随着康复医疗技术的发展以及对上肢康复效果精准度要求的提高,对高效精准的上肢并联康复机构的研究愈发关键。提出一种新上肢并联康复机构,并针对其展开运动学与动力学层面的剖析。分析2UU-PSU自由度,采用闭环矢量法进行位姿求解并推导运动学方程,验证机构运动合理性;运用拉格朗日法构建动力学方程开展动力学分析;为证实运动学推导的精准性,搭建2UU-PSU实验平台并依靠NOKOV动作捕捉设备开展实验;最后建立自适应模糊PID控制,利用ADAMS和MATLAB Simulink对2UU-PSU机构进行动力学联合仿真。实验结果表明:2UU-PSU上肢机构的动平台位姿测量最大均方根误差分别为6.89%,1.81%和9.73%;三条支链动力学仿真结果与理论数据的最大均方根误差别为2.50%,2.40%和2.97%。从理论与仿真分析以及实验验证结果来看,2UU-PSU机构的运动学和动力学的均方根误差均处于较低水平,表明该机构在运动学和动力学方面具备合理性与可靠性,能够为相关康复机构的设计与研究提供有效依据,并为其他少自由度并联康复机构的动力学相关研究提供了参考。 展开更多
关键词 2UU-PSU 并联机构 位置反解 拉格朗日法 动力学
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基于CTA血流动力学特征评估颅内囊性动脉瘤稳定性的研究
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作者 李琪 黄采晗 +2 位作者 文利 王光宪 张冬 《中国医学计算机成像杂志》 北大核心 2025年第2期173-177,共5页
目的:探讨基于CT血管成像(CTA)的血流动力学特征对评估颅内囊性动脉瘤稳定性的价值。方法:获取了46对大小和位置相匹配的进展和稳定的颅内囊性动脉瘤的CTA图像,分析比较2组动脉瘤临床、形态学及血流动力学特征,包括壁面剪应力梯度(WSSG... 目的:探讨基于CT血管成像(CTA)的血流动力学特征对评估颅内囊性动脉瘤稳定性的价值。方法:获取了46对大小和位置相匹配的进展和稳定的颅内囊性动脉瘤的CTA图像,分析比较2组动脉瘤临床、形态学及血流动力学特征,包括壁面剪应力梯度(WSSG)、时间平均血管壁面剪应力(TAWSS)、归一化TAWSS(NTAWSS)、壁面压力(P)、归一化壁面压力(NP)、振荡剪切指数(OSI)、低壁面剪应力区域(LSA)、能量损耗(EL)、梯度振荡数值(GON)、粒子相对滞留时间(RRT)、动脉瘤发生指数(AFI)等。结果:进展动脉瘤的LSA是稳定动脉瘤的1.73倍,差异有统计学意义(P=0.032)。其他的血流动力学参数及临床特征、形态学特征差异无统计学意义。结论:LSA可能成为独立于颅内动脉瘤位置与大小之外的评估颅内动脉瘤不稳定风险的预测因素。 展开更多
关键词 颅内囊性动脉瘤 血流动力学 稳定性 动脉瘤位置 动脉瘤大小
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单晶γ-TiAl中孔洞位置对裂纹扩展影响的分子动力学模拟 被引量:6
13
作者 罗德春 芮执元 +2 位作者 曹卉 陈文科 剡昌锋 《功能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第6期136-141,共6页
运用分子动力学方法对单晶γ-TiAl合金的裂纹扩展过程进行了研究,分析了不同孔洞位置对裂纹扩展的影响,得到相应的原子轨迹、能量演化以及应力-应变关系。结果表明无孔洞时,裂纹以脆性解理方式快速扩展至材料断裂,能量曲线只有一个波峰;... 运用分子动力学方法对单晶γ-TiAl合金的裂纹扩展过程进行了研究,分析了不同孔洞位置对裂纹扩展的影响,得到相应的原子轨迹、能量演化以及应力-应变关系。结果表明无孔洞时,裂纹以脆性解理方式快速扩展至材料断裂,能量曲线只有一个波峰;L=1.6nm时裂纹先以脆性解理的方式扩展,孔洞抑制裂纹扩展,孔洞周围发射位错,裂纹以尖端空洞形核、长大成微裂纹,最终微裂纹与主裂纹连接的方式扩展,能量曲线有多个峰值;L=4.8nm时,裂纹初始扩展过程与L=1.6nm时相似,后期未出现空洞形核、长大成微裂纹并与主裂纹结合的现象;另外孔洞距裂尖距离不同,发射第一个位错的方向不同。 展开更多
关键词 Γ-TIAL合金 分子动力学 位错 裂纹扩展 能量
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裂纹位置对含铌γ-TiAl合金裂纹扩展影响的分子动力学模拟 被引量:3
14
作者 芮执元 杨利 +1 位作者 孙杰锋 剡昌锋 《材料科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第2期311-315,262,共6页
为了研究微观尺度下裂纹相对位置对3%铌含量的单晶γ-TiAl合金裂纹扩展过程的影响,运用分子动力学方法,建立γ-TiAl合金的晶体结构模型,模拟边界裂纹和中心裂纹扩展的过程,得到了裂纹扩展的轨迹图和能量演变图,分析了裂纹位置对3%铌含... 为了研究微观尺度下裂纹相对位置对3%铌含量的单晶γ-TiAl合金裂纹扩展过程的影响,运用分子动力学方法,建立γ-TiAl合金的晶体结构模型,模拟边界裂纹和中心裂纹扩展的过程,得到了裂纹扩展的轨迹图和能量演变图,分析了裂纹位置对3%铌含量的单晶γ-TiAl合金能量和应力-应变关系的影响,进而揭示了裂纹位置对裂纹扩展的影响。研究结果表明:中心裂纹的γ-TiAl合金在其拉伸初始阶段,受力并不集中,随后由于原子键的断裂形成了孔洞,孔洞部位抑制裂纹的扩展,因此裂纹要继续扩展需要克服更大的阻力。裂纹在中心位置和边界位置对γ-TiAl合金产生的力学影响不同,边界裂纹对材料产生断裂的危害性更大。 展开更多
关键词 裂纹位置 Γ-TIAL合金 分子动力学 裂纹扩展
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基于近场动力学的钛合金TC4材料疲劳裂纹扩展建模
15
作者 刘宗晖 陈荣 +2 位作者 米栋 曹凡 韩俊昭 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1465-1473,共9页
为了更准确地预测钛合金TC4材料在循环载荷下的疲劳裂纹扩展行为,提出了一种基于近场动力学理论的新型预测模型,首先在近场有限半径内构建了物质点损伤模型,用以模拟裂纹的产生及其扩展过程;通过建立“键”的塑性变形损伤模型,深入分析... 为了更准确地预测钛合金TC4材料在循环载荷下的疲劳裂纹扩展行为,提出了一种基于近场动力学理论的新型预测模型,首先在近场有限半径内构建了物质点损伤模型,用以模拟裂纹的产生及其扩展过程;通过建立“键”的塑性变形损伤模型,深入分析了疲劳裂纹的萌生和扩展机制,为提升模型的预测效率和稳定性,引入了物质点临界损伤因子这一关键参数;并采用了改进的自适应动态松弛方法,该方法在每个加载循环中都能获得静力解,并通过对不同载荷条件下的裂纹扩展结果进行收敛性分析,进一步验证了模型的可靠性。实验结果表明,所提出的基于近场动力学理论的疲劳裂纹扩展预测模型,可以准确地预测裂纹的萌生位置和扩展速率;模型预测的疲劳寿命与实验数据呈现出良好的一致性,该模型在钛合金材料疲劳裂纹扩展预测方面具有有效性和实用性。 展开更多
关键词 近场动力学模型 钛合金TC4 疲劳裂纹 裂纹扩展 疲劳寿命
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考虑剪切的常规态近场动力学模型及岩体裂隙扩展演化规律研究 被引量:1
16
作者 冯强 徐龙威 +3 位作者 刘炜炜 赵子栋 孙尚渠 张强 《金属矿山》 CAS 北大核心 2024年第2期123-130,共8页
岩体中复杂的裂隙结构严重影响了工程岩体的稳定性及破坏形态,开展其对裂隙岩体损伤破坏模式影响的研究具有重要的理论意义和工程价值。本文基于常规态型近场动力学(OSB-PD)理论构建了考虑剪切变形的改进型OSB-PD模型,并基于构建的考虑... 岩体中复杂的裂隙结构严重影响了工程岩体的稳定性及破坏形态,开展其对裂隙岩体损伤破坏模式影响的研究具有重要的理论意义和工程价值。本文基于常规态型近场动力学(OSB-PD)理论构建了考虑剪切变形的改进型OSB-PD模型,并基于构建的考虑剪切变形的OSB-PD模型开展了裂隙岩体在单轴压缩条件下的裂纹扩展演化规律研究;提出了一种新的岩石非均质性模拟方法,重点研究了岩石的非均质性对不同预制裂隙角度下岩石裂纹扩展行为的影响。结果表明,预制裂隙角度对于含裂隙岩石裂纹扩展具有较大影响,且岩石的非均质性将大幅度地提升裂纹扩展速度。 展开更多
关键词 剪切变形 裂隙扩展 近场动力学 质点偏移法 非均质性
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冲击载荷下含瓦斯煤动力学破坏特征与瓦斯渗流规律分析 被引量:8
17
作者 王登科 张力元 +8 位作者 魏建平 都海龙 李振 王志明 董博文 张富凯 尹彦波 张宏图 卫彦昭 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期1432-1446,共15页
为探究不同冲击载荷和瓦斯压力作用下的含瓦斯煤动力学特征、裂隙扩展及瓦斯渗流变化规律,采用含瓦斯煤岩冲击损伤-渗流试验系统开展含瓦斯煤冲击试验以及原位渗流测试,并结合工业CT扫描系统进行试样裂隙结构的三维重构,分析含瓦斯煤内... 为探究不同冲击载荷和瓦斯压力作用下的含瓦斯煤动力学特征、裂隙扩展及瓦斯渗流变化规律,采用含瓦斯煤岩冲击损伤-渗流试验系统开展含瓦斯煤冲击试验以及原位渗流测试,并结合工业CT扫描系统进行试样裂隙结构的三维重构,分析含瓦斯煤内部裂隙扩展特征及其对瓦斯渗流的影响规律。研究结果表明,冲击载荷和瓦斯压力对含瓦斯煤的动力学性质、变形过程、裂隙扩展和渗流规律均具有重要影响,具体表现在:①受围压和轴压的影响,冲击载荷耦合瓦斯压力条件下的含瓦斯煤应力-应变曲线无明显压密阶段;含瓦斯煤的变形过程主要经历了弹性变形阶段、应变强化阶段及破坏阶段。②冲击载荷的增加对含瓦斯煤动力学参数具有强化作用,气体压力的升高则劣化了含瓦斯煤动力学参数;冲击载荷越大,瓦斯压力越高,含瓦斯煤的裂隙扩展愈充分,所形成的裂隙结构愈复杂。③含瓦斯煤的渗流规律受控于裂隙扩展,冲击载荷耦合瓦斯压力作用下,含瓦斯煤中存在孔隙流动、孔隙流动-裂隙流动并存及裂隙流动等3种气体流动形式;含瓦斯煤冲击破坏后,随着气体压力增加以及气楔作用的增强,瓦斯流动形式可由孔隙流动依次转变为孔隙流动-裂隙流动并存和裂隙流动;裂隙扩展和流动形式共同影响含瓦斯煤渗流规律,含瓦斯煤渗透率随瓦斯压力的增大总体上符合先增大后减小的变化趋势。 展开更多
关键词 冲击载荷 含瓦斯煤动力学破坏特征 工业CT扫描 裂隙扩展 瓦斯渗流规律
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宽孔距爆破模型试验及近场动力学计算研究 被引量:1
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作者 吴亮 张澳 +1 位作者 周俊汝 陈明 《爆破》 CSCD 北大核心 2024年第1期1-7,共7页
针对宽孔距爆破破岩技术中炮孔密集系数合理取值的问题,在总结国内外宽孔距爆破破岩机理的基础上,开展了炮孔密集系数为1.7、2.5、3.5、4.5的有机玻璃板室内爆破试验,并基于常规态型近场动力学原理,开发了爆破计算模块,对宽孔距爆破破... 针对宽孔距爆破破岩技术中炮孔密集系数合理取值的问题,在总结国内外宽孔距爆破破岩机理的基础上,开展了炮孔密集系数为1.7、2.5、3.5、4.5的有机玻璃板室内爆破试验,并基于常规态型近场动力学原理,开发了爆破计算模块,对宽孔距爆破破岩中裂纹扩展过程、介质位移响应规律进行了研究。结果表明:临空面一侧的径向裂纹受到临空面反射拉伸应力波的作用,表现出向临空面拐角分叉的特征,并逐渐向临空面扩展,最后形成主裂纹组成漏斗形状。在最小抵抗线固定不变条件下,随着炮孔密集系数的增加,应力降低区逐渐增大,同排炮孔间的径向贯通裂隙消失,过大的炮孔密集系数也进一步造成前后排孔间贯通裂纹消失,最后导致单孔爆破的情况发生。位移计算结果进一步证实了上述规律,并且当炮孔密集系数较小时,前排炮孔留下的岩埂刚好被后排炮孔爆破破碎,随着炮孔密集系数的增大,后排孔爆破对前排炮孔所留下的岩埂破碎作用效果逐渐降低。建议实际工程中根据岩体力学性质、地质条件以及爆破目的适当调整密集系数来降低炸药单耗与大块率。 展开更多
关键词 近场动力学 宽孔距爆破 裂纹扩展 密集系数
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基于近场动力学的岩石水力压裂数值模拟及裂隙网络定量分析 被引量:8
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作者 华涛 申林方 +2 位作者 王志良 李泽 徐则民 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期612-622,共11页
基于常规态型近场动力学方法实现了岩石裂隙扩展演化,采用实时追踪新生裂隙面并施加表面压力的方法来模拟压裂液与裂隙表面的相互作用,建立了岩石水力压裂的数值计算模型。根据数字图像处理技术将Zhang-Suen细化算法应用于水力裂隙网络... 基于常规态型近场动力学方法实现了岩石裂隙扩展演化,采用实时追踪新生裂隙面并施加表面压力的方法来模拟压裂液与裂隙表面的相互作用,建立了岩石水力压裂的数值计算模型。根据数字图像处理技术将Zhang-Suen细化算法应用于水力裂隙网络的骨架提取,并采用统计方法计算裂隙网络形态参数,提出了水力裂隙网络量化计算方法。最后考虑加载速率、地应力条件及弹性模量等因素影响,研究了水力裂隙扩展过程及裂隙网络形态参数的演化。研究结果表明:当加载速率较小时,主裂隙朝着较大地应力的方向扩展,裂隙分支并不明显;增加加载速率会增大裂隙均宽和裂隙密度,能够促进裂隙的张开程度及裂隙数量,增强裂隙网络的复杂程度并提高其渗透能力。当水平向地应力和竖向地应力相同时,主裂隙呈十字交叉分布;随着竖向地应力的增大,水平裂隙受到抑制作用,主裂隙沿着竖向扩展,而裂隙总长和裂隙密度则呈增加的趋势。岩体弹性模量的增加会减少细小裂隙分支的扩展,使裂隙网络形态趋于简单化。 展开更多
关键词 岩石 水力压裂 近场动力学 裂隙扩展 数值模拟
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单晶γ-TiAl合金微裂纹扩展行为的分子动力学模拟 被引量:8
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作者 付蓉 芮执元 +2 位作者 剡昌锋 罗德春 冯瑞成 《功能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第13期13100-13105,共6页
为了从微观原子结构探索γ-Ti Al合金裂纹扩展的机理,研究了恒定加载速度下温度对γ-Ti Al合金中裂纹扩展的影响。采用分子动力学方法对单晶γ-Ti Al合金中预置微裂纹的扩展过程进行模拟,研究表明,室温下裂纹呈脆性解理扩展,中、高温时... 为了从微观原子结构探索γ-Ti Al合金裂纹扩展的机理,研究了恒定加载速度下温度对γ-Ti Al合金中裂纹扩展的影响。采用分子动力学方法对单晶γ-Ti Al合金中预置微裂纹的扩展过程进行模拟,研究表明,室温下裂纹呈脆性解理扩展,中、高温时,裂纹在扩展过程中发射位错,裂尖钝化并伴有偏转;随温度的升高,微裂纹由脆性解理扩展向韧性扩展转化,裂纹扩展速率减慢,材料塑性增加;裂尖发射的位错堆积在边界附近,使得位错堆积处萌生空洞缺陷,随着加载的继续,空洞最终长大形成微裂纹,出现边界开裂的现象。 展开更多
关键词 Γ-TIAL合金 分子动力学 空洞 裂纹扩展
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