数值模拟静态应力扰动下的断层失稳:结果分析兼与Dieterich模型和Coulomb模型的对比 被引量：6

1

作者 解孟雨 史保平 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第2期593-605,共13页

基于大量岩石力学实验,Dieterich和其他研究者(Dieterich,1978;Ruina,1983)首先提出了描述岩石摩擦过程的速率-状态摩擦定律(R-S摩擦定律).如今R-S摩擦定律已成为研究地震成核等地震演化机制的有效手段.Dieterich(1992,1994)最早提出了... 基于大量岩石力学实验,Dieterich和其他研究者(Dieterich,1978;Ruina,1983)首先提出了描述岩石摩擦过程的速率-状态摩擦定律(R-S摩擦定律).如今R-S摩擦定律已成为研究地震成核等地震演化机制的有效手段.Dieterich(1992,1994)最早提出了描述受静态剪应力扰动后断层失稳时间提前或推后的余震触发机制的解析模型.现在Dieterich模型已经成为解释余震随时间衰减规律的Omori定律等地震观测现象的有力工具.与之相对应,广泛使用的Coulomb应力失稳模型也可以给出断层受到静态剪应力扰动后,断层失稳时间的提前和推后量.Dieterich模型和Coulomb应力失稳模型基于不同的物理方法,所以在进行地震危险性评估时,二者均有各自的局限性.本文利用R-S摩擦定律控制的1-D弹簧-滑块模型,模拟计算了理论地震循环以及在不同静态剪切应力扰动下,失稳时间的提前和推后量的变化情况,然后将计算得到的时间提前和推后量分别与Dieterich模型和Coulomb模型的相应计算结果进行了定量化对比和差异性分析,并给出了相应的解释.数值模拟结果显示,对于R-S摩擦定律在参数不变的条件下,断层模型失稳时间的提前和推后量的大小强烈依赖于静态剪应力扰动的大小和作用时间,而且绝对值相同的正、负向静态剪应力扰动造成的失稳时间的提前和推后量的变化情况并不完全一致.在震后松弛/滑移阶段和闭锁阶段,时间提前和推后量是常数,且随静态剪应力扰动绝对值的增大而增大,两者的比值接近于1.0,这与Dieterich模型和Coulomb模型的结果是一致的,相应的差值小于两模型结果的10%.而在自加速阶段,模拟计算结果则存在与Dieterich模型和Coulomb模型结果不同的特征.首先,在自加速阶段模拟计算结果均偏离Coulomb模型,而且时间提前和推后量的比值小于1.0,相异于Coulomb模型的论断.不过当受到正向静态剪应力扰动后,Dieterich模型的结果和模拟计算结果是一致的,最大相差量不超过Dieterich模型结果的7%,可接近0.对于负向静态剪应力扰动,当其绝对值较小时,Dieterich模型的结果很接近模拟计算结果,相差量不超过该结果的14%.但对于绝对值较大的情况,模拟计算结果远大于Dieterich模型的结果,最大可达Dieterich模型结果的35倍,这是由于负向静态剪应力扰动后使得Ω=δ·θ/dc1的条件不再成立,进而使得Dieterich模型不再成立.总的来说,与模拟计算相比Dieterich模型可以很好地描述1-D断层受扰后失稳时间提前和推后量的变化情况,并且可以体现出正、负静态剪切应力扰动后失稳时间提前量和推后量变化的差异性,而Coulomb模型则不能完整地给出受到静态剪应力扰动后断层失稳时间提前或推后的估计值. 展开更多

关键词 速率-状态摩擦定律 静态剪应力扰动 coulomb应力失稳模型 Dieterich模型 失稳时间提前量 失稳时间推后量

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应力波作用下隧洞顶板围岩块体失稳滑动解析理论研究 被引量：4

2

作者 王晓 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期183-197,共15页

由于地质结构和开挖面的影响,隧洞围岩通常被切割成不同形状和尺寸的块体.其中,一些关键块体在开挖卸载后仍然保持稳定,但当受到应力波(如爆破振动和地震等)的干扰时可能会失去稳定性并滑动.基于应力波传播理论推导了隧洞围岩顶板矩形... 由于地质结构和开挖面的影响,隧洞围岩通常被切割成不同形状和尺寸的块体.其中,一些关键块体在开挖卸载后仍然保持稳定,但当受到应力波(如爆破振动和地震等)的干扰时可能会失去稳定性并滑动.基于应力波传播理论推导了隧洞围岩顶板矩形关键块体动力失稳滑动解析模型,在计算块体滑动位移过程中,考虑了块体间节理的不同闭合-张开模式,并采用线弹性模型和库仑滑移模型来描述节理的法向和切向行为.通过UDEC数值模型验证了解析模型的有效性和可靠性.随后,基于解析模型探讨了可能影响块体失稳滑动的参数.研究结果表明:在应力波作用下,隧洞围岩块体间节理面会闭合-张开,在张开过程中节理面的摩擦力会逐渐降低,甚至为零,块体间节理面的超低摩擦和无摩擦阶段对块体滑动位移的影响最大;当应力波垂直作用于围岩块体结构面且强度足以诱使节理面张开时,影响块体滑动位移较大的参数是节理面初始法向应力、应力波振幅、频率和块体岩性,单周期正弦应力波下块体滑动位移的变化在0.659~1.502 mm之间;其次为节理初始法向刚度、块体尺寸,块体滑动位移的变化在0.15~0.168 mm之间. 展开更多

关键词 应力波 围岩块体 失稳滑动 节理 解析模型

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工作面过断层煤壁“溃决”式失稳机理与控制 被引量：1

3

作者 崔治国 原红波 +2 位作者 赵嘉鑫 王襄禹 陈明值 《矿业安全与环保》 北大核心 2025年第1期142-149,共8页

针对工作面过断层易发生煤壁失稳、煤岩碎粒“溃决”问题,以望云煤矿15106工作面过断层为工程背景,将煤层分为原生煤和构造煤,通过分析煤壁所受水平应力分布特征,建立煤壁力学模型,分析了护帮板、顶底板黏聚力力偶及水平应力对煤壁挠度... 针对工作面过断层易发生煤壁失稳、煤岩碎粒“溃决”问题,以望云煤矿15106工作面过断层为工程背景,将煤层分为原生煤和构造煤,通过分析煤壁所受水平应力分布特征,建立煤壁力学模型,分析了护帮板、顶底板黏聚力力偶及水平应力对煤壁挠度的影响,确立了煤壁稳定性判据。研究结果表明,断层构造煤对原生煤壁水平应力分布函数形式取决于参数k_(0);煤壁稳定性与煤壁抗弯刚度、顶底板压力、开采高度有关。实践证明,煤壁超前预注浆+俯采过断层对煤壁抗弯刚度提升明显、利于煤壁稳定。 展开更多

关键词 断层构造煤 “溃决”式失稳 应力分布特征 煤壁力学模型 俯采过断层

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边坡失稳系统的固流耦合模型 被引量：8

4

作者 薛强 梁冰 马士进 《山东科技大学学报（自然科学版）》 CAS 2001年第2期87-89,共3页

在考虑边坡岩体物理力学性质不均一性及地下水渗透力分布不均匀性的条件下 ,将边坡失稳作为一个系统来定性地分析其在失稳过程中的机理 ,建立了边坡失稳系统固流耦合的数学模型 ,并结合算例分别对应力和位移进行了耦合分析 。

关键词 边坡失稳 应力场 渗流场 渗透压力 数学模型 固流耦合 位移

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基于弹性理论的顺层边坡失稳破坏力学模型分析 被引量：5

5

作者 李维光 张继春 《工程地质学报》 CSCD 2005年第2期218-221,共4页

在分析顺层边坡受力状况的基础上,当边坡的坡脚未被破坏时,将顺层边坡视为弹性地基上的悬臂梁,由此提出其失稳破坏的力学模型。应用弹性理论求出在力作用下悬臂梁的应力状态,并根据摩尔-库伦准则,导出可判定其稳定性的安全系数计算公式... 在分析顺层边坡受力状况的基础上,当边坡的坡脚未被破坏时,将顺层边坡视为弹性地基上的悬臂梁,由此提出其失稳破坏的力学模型。应用弹性理论求出在力作用下悬臂梁的应力状态,并根据摩尔-库伦准则,导出可判定其稳定性的安全系数计算公式,得出了顺层边坡处于极限平衡状态极限长度。同时通过实例计算,将文中方法与应用突变理论所得结果对比,验证了本文方法的可行性。 展开更多

关键词 弹性理论 模型分析 破坏力学 边坡失稳 顺层边坡 极限平衡状态 受力状况 弹性地基 力学模型 失稳破坏 应力状态 计算公式 安全系数 实例计算 突变理论 悬臂梁 力作用 稳定性 应用 基础

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顶底板受拉应力型冲击地压机理及数学模型 被引量：7

6

作者 邰英楼 王来贵 张明海 《辽宁工程技术大学学报（自然科学版）》 CAS 1999年第5期513-516,共4页

分析了顶底板受拉应力型冲击地压发生的机理，在平面假设基础上建立了数学模型，给出了有关的计算公式。

关键词 应力 冲击地压 失稳破坏 数学模型 顶底板

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超塑性单向拉伸变形的数学模型及稳定性解析 被引量：2

7

作者 索忠林 《兵器材料科学与工程》 CAS CSCD 北大核心 2008年第3期11-15,共5页

超塑性变形的失稳是一个复杂的问题,多年来各国学者在失稳的力学研究方面做出很大的贡献,但是由于不同学者的研究思路和方法不同,所得的结论也各异,因此有必要在理论上进行规范。通过建立超塑性拉伸变形在均匀变形阶段的数学模型,从数... 超塑性变形的失稳是一个复杂的问题,多年来各国学者在失稳的力学研究方面做出很大的贡献,但是由于不同学者的研究思路和方法不同,所得的结论也各异,因此有必要在理论上进行规范。通过建立超塑性拉伸变形在均匀变形阶段的数学模型,从数学理论的角度出发解析变形的稳定性,从而得出应变硬化指数是变形是否稳定的关键参数的结论;并通过不同的变形路径对模型进行解析,从而得出拉伸试样在整体载荷达到最大后并不立刻出现局部的宏观颈缩,而是延迟一段时间后才出现局部的宏观颈缩的重要结论。 展开更多

关键词 数学模型 失稳 载荷变化率 应力变化率

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深部岩巷U型钢支架屈曲变形失稳分析 被引量：9

8

作者 王纪尧 杨科 朱朋彬 《矿业安全与环保》 北大核心 2018年第1期98-101,106,共5页

根据朱集西煤矿11煤底板巷围岩工程地质条件和巷道变形破坏特征,结合U型钢多段支护特点,构建了U型钢支护支架—围岩承载力学模型,分析了深部软弱岩层条件下U型钢受力特征。通过支架承载能力的计算与校核,获得该条件下U型钢支架弯矩、剪... 根据朱集西煤矿11煤底板巷围岩工程地质条件和巷道变形破坏特征,结合U型钢多段支护特点,构建了U型钢支护支架—围岩承载力学模型,分析了深部软弱岩层条件下U型钢受力特征。通过支架承载能力的计算与校核,获得该条件下U型钢支架弯矩、剪力、轴力的分布特征,确定了应力集中分布的位置,对U型钢支架屈曲变形进行分析。提出了U型钢支护薄弱环节的加强支护方案,即在棚腿中部、肩窝和拱顶梁中部3个关键部位进行锚杆索配纵向钢带梁的支护方法,提高了支架—围岩的整体承载性能,使返修巷道的支护取得了良好的效果。 展开更多

关键词 深部开采 巷道支护 U型钢支架 失稳 地应力 力学模型

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地层在层面力作用下的褶皱失稳分析

9

作者 潘立宙 周怡之 +1 位作者 崔力争 张凡 《地质力学学报》 CSCD 1993年第1期53-62,共10页

本文对地质力学旋扭构造体系中的三类基本构造型式——雁行构造、旋卷构造和山字型构造,在地壳层面力引起的水平联合应力场作用下失稳而形成的褶皱进行了解析的和数值的分析,求解了直角坐标系和柱极坐标系中不同边界条件和应力组合方式... 本文对地质力学旋扭构造体系中的三类基本构造型式——雁行构造、旋卷构造和山字型构造,在地壳层面力引起的水平联合应力场作用下失稳而形成的褶皱进行了解析的和数值的分析,求解了直角坐标系和柱极坐标系中不同边界条件和应力组合方式下的地层失稳状态。文中叙述了地质问题的提出、数学力学模型和相应的基本微分方程。在求控制方程的解析解过程中,出现一类多自变量的非线性超越方程组,且其解不能用封闭型函数表达。这里介绍了求解这些非线性超越方程所采用的数值方法。最后简略介绍了计算雁行、旋卷和山字型褶皱的程序软件包 AWEPACK。 展开更多

关键词 旋扭构造体系 失稳状态 应力场 基本微分方程 简略介绍 程序软件 极坐标系 应力组合 分布规律 力学模型

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大倾角煤层长壁开采围岩宏观应力拱壳分析 被引量：41

10

作者 伍永平 王红伟 解盘石 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第4期559-564,共6页

基于大倾角煤层开采物理相似材料模拟、数值模拟结果,分析了围岩宏观应力拱壳的力学特征,认为应力拱壳是开采扰动破坏原岩应力平衡后,围岩在自组织作用下形成的起主要承载作用的高应力形态,是在某一强度准则下强度包络线的空间展布形态... 基于大倾角煤层开采物理相似材料模拟、数值模拟结果,分析了围岩宏观应力拱壳的力学特征,认为应力拱壳是开采扰动破坏原岩应力平衡后,围岩在自组织作用下形成的起主要承载作用的高应力形态,是在某一强度准则下强度包络线的空间展布形态,具有几何形态非对称性和应力分布非均匀性。据此,建立了应力拱壳分析模型和坐标系统,推导出宏观应力拱壳的形态方程,给出应力拱壳的稳定性判别准则,其失稳关键部位失稳主要有壳顶拉伸破坏失稳、壳肩压剪破坏失稳、壳基复合失稳3种形式,根据应力拱壳关键部位失稳过程可将应力拱壳的失稳分为"壳基-壳顶(壳肩)"失稳模式和"壳顶(壳肩)-壳基"失稳模式。 展开更多

关键词 宏观应力拱壳 分析模型 形态方程 稳定性判别准则 失稳模式

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大型拱顶储罐的模型实验研究

11

作者 薛明德 殷雅俊 尹晔昕 《压力容器》 1999年第6期30-34,50,共6页

为了探求大型拱顶储罐的合理设计方法， 在本文中给出了一个直径为２．５ｍ 的模型罐在内压及拱顶雪载作用下的弹性应力测试与内压弹性失稳的实验结果。罐的拱顶为加肋球壳， 承压圈为圆环壳， 肋与壳之间为间断焊接。文中给出了计及加... 为了探求大型拱顶储罐的合理设计方法， 在本文中给出了一个直径为２．５ｍ 的模型罐在内压及拱顶雪载作用下的弹性应力测试与内压弹性失稳的实验结果。罐的拱顶为加肋球壳， 承压圈为圆环壳， 肋与壳之间为间断焊接。文中给出了计及加强肋与不计及加强肋两种不同的有限元计算方案 （分别简称有肋与无肋方案） 所得数值解与实测值的比较。结果表明： 对于肋与壳间断焊的情况在内压作用下， 应力测试实验值与弹性内压失稳临界压力和按无肋方案计算值相一致；在拱顶雪载作用下， 应力测试值与按有肋方案计算值一致。实验还表明对于大型拱顶储罐，采用圆环壳型的承压圈有较好的承载能力， 这是一种合理的结构型式。 展开更多

关键词 拱顶储罐 模型实验 应力分析 内压失稳

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金属及合金材料热变形中的本构模型与热加工图研究进展 被引量：8

12

作者 陈天天 施晨琦 +4 位作者 宁哲达 闻明 管伟明 郭俊梅 王传军 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第S01期416-424,共9页

金属及合金材料在热变形过程中的流变应力行为的研究一直受到学者们的广泛关注。准确了解材料的流变应力行为不仅可以为热加工工艺的制定提供理论依据,还可以控制材料微观组织的演变,有助于改善金属及合金材料的组织和性能。由于时间和... 金属及合金材料在热变形过程中的流变应力行为的研究一直受到学者们的广泛关注。准确了解材料的流变应力行为不仅可以为热加工工艺的制定提供理论依据,还可以控制材料微观组织的演变,有助于改善金属及合金材料的组织和性能。由于时间和成本的限制,为了研究金属及合金材料的流变应力行为及其加工性,可以采用描述材料动态力学行为的本构模型,同时,建立可优化材料成型参数的热加工图。本文综述了国内外金属及合金材料的本构模型和热加工图的研究进展,重点介绍了唯象本构模型和物理型本构模型的特点与发展,通过分析比较Johnson-Cook模型、Fields-Backofen模型、Arrhenius模型和Zerilli-Armstrong模型的优缺点,总结归纳了它们的预测能力和适用性,为后续研究选择合适的本构模型提供了建议,并介绍了基于原子模型的Raj加工图和基于动态材料模型加工图的原理及几种常见的失稳判断准则。 展开更多

关键词 流变应力 本构模型 热加工图 塑性流变失稳

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基于速率-状态摩擦定律研究剪切应力扰动对地震断层演化的影响

13

作者 高雅琪 史保平 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第6期2153-2166,共14页

本文从Nagata提出的与应力变化率有关的速率-状态摩擦定律出发,结合1D弹簧-滑块模型,采用Runge-Kutta算法,对静态应力扰动和周期性应力扰动下的断层演化过程进行了数值模拟,探讨了应力扰动对断层演化进程和断层失稳机制的影响.研究结果... 本文从Nagata提出的与应力变化率有关的速率-状态摩擦定律出发,结合1D弹簧-滑块模型,采用Runge-Kutta算法,对静态应力扰动和周期性应力扰动下的断层演化过程进行了数值模拟,探讨了应力扰动对断层演化进程和断层失稳机制的影响.研究结果显示,与无扰动情形相比,正向静态扰动使断层失稳时刻提早,且时间提前量与扰动量的指数成正比;负向静态扰动使断层失稳时刻推后,且时间推迟量正比于扰动量.在周期性扰动下,断层失稳的发生总早于无扰动情形,且扰动幅值越大,失稳提前量越大;但是,扰动频率对失稳时刻没有明显的影响.这也进一步表明,地震应力波总是会导致断层失稳提前发生.同时,对于相同的扰动量,正向静态扰动下的失稳时间提前量比周期性扰动情形更大.周期演化过程的数值模拟结果表明,当远场加载速率给定且为常量时,若无应力扰动,则断层演化过程具有确定的周期性;但在周期性应力扰动下,断层失稳时间间隔出现明显的非周期性,断层在时间域上的演化变得更为复杂. 展开更多

关键词 Nagata模型 1D弹簧-滑块模型 应力扰动 断层演化特征 失稳时间

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多分支井连接段有限元流固耦合建模与分析 被引量：1

14

作者 吴欣袁 练章华 +1 位作者 江文 任荣坤 《石油机械》 北大核心 2011年第12期28-31,99,共4页

侧钻分支井会对原有地层应力造成扰动,改变2个分支之间连接段的应力分布。以岩石力学为基础,考虑了各向异性的地层应力以及稳态达西渗流的影响,建立了连接段的流固耦合模型。通过对所建模型的计算得出侧钻扰动后连接段附近的应力、位移... 侧钻分支井会对原有地层应力造成扰动,改变2个分支之间连接段的应力分布。以岩石力学为基础,考虑了各向异性的地层应力以及稳态达西渗流的影响,建立了连接段的流固耦合模型。通过对所建模型的计算得出侧钻扰动后连接段附近的应力、位移和渗流场分布规律;采用摩尔-库仑准则图形化了连接段井壁的破坏情况,并且分析了模型中各种几何参数对连接段井壁稳定性的影响。分析结果表明,由所建模型得出的井壁破坏图可以正确地预测井眼周围哪些区域会出现井壁失稳现象;改变分支井眼直径对改善分支井连接段的应力集中作用不大,对连接段的力学稳定性影响很小。 展开更多

关键词 分支井 井壁失稳 耦合模型 地应力 渗流场 有限元

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一种新型近β型Ti-5.5Mo-6V-7Cr-4Al-2Sn-1Fe合金热变形行为 被引量：5

15

作者 周强 程军 +1 位作者 于振涛 崔文芳 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第6期121-128,共8页

采用Gleeble-3800型热模拟试验机对一种新型近β型Ti-5.5Mo-6V-7Cr-4Al-2Sn-1Fe(质量分数/%)钛合金进行等温恒应变速率压缩实验。变形温度范围为:655~855℃,应变速率范围为:0.001~10s^-1 ,最大真应变为0.8。根据实验数据,建立了该合金... 采用Gleeble-3800型热模拟试验机对一种新型近β型Ti-5.5Mo-6V-7Cr-4Al-2Sn-1Fe(质量分数/%)钛合金进行等温恒应变速率压缩实验。变形温度范围为:655~855℃,应变速率范围为:0.001~10s^-1 ,最大真应变为0.8。根据实验数据,建立了该合金的高温流变应力模型,计算出热变形激活能约为255kJ/mol,并绘制出热加工图。结合热加工图与材料的显微组织分析可知,在高应变速率(1~10s^-1 )条件下变形时,在热加工图上表现为材料的功率耗散值(η)低,为失稳区域,易产生绝热剪切带与局部塑性流动、开裂等现象。在应变速率小于0.01s^-1 和相变点( T β)温度以下(655~755℃)进行热变形时,组织变化主要以动态回复为主;在应变速率小于0.01s^-1 和 T β以上(755~855℃)进行热变形时,组织发生动态再结晶,且随着温度的升高,新产生的再结晶晶粒逐渐长大。在相变点附近(755~770℃),变形速率为0.001~0.003s^-1 区域内变形时,功率耗散值达到最大值,组织发生动态再结晶,该区域为合金热变形的“安全区”。 展开更多

关键词 钛合金 热变形 流变应力模型 热加工图 流变失稳

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预应变对中子辐照高纯铝拉伸性能的影响 被引量：2

16

作者 叶想平 段志伟 +5 位作者 俞宇颖 耿华运 李雪梅 胡凌 蔡灵仓 刘仓理 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第3期797-804,共8页

金属材料的中子辐照硬化和脆化一直都是核能安全领域十分关注的重要问题之一.为了进一步认识预应变对中子辐照金属材料塑性形变和最终断裂特性的影响规律,及其微观机理,本文研究了10%拉伸预应变高纯铝的拉伸应力-应变曲线、失稳应力和... 金属材料的中子辐照硬化和脆化一直都是核能安全领域十分关注的重要问题之一.为了进一步认识预应变对中子辐照金属材料塑性形变和最终断裂特性的影响规律,及其微观机理,本文研究了10%拉伸预应变高纯铝的拉伸应力-应变曲线、失稳应力和失稳应变等随辐照剂量的变化规律.结果表明,辐照剂量越高,预应变高纯铝内部孔洞的尺寸和数密度越高,导致屈服强度和极限拉伸强度越高,均匀延伸率和失稳应变越小,表现出典型的辐照硬化和脆化效应,但失稳应力与辐照剂量几乎无关.相同辐照剂量条件下,预应变引入的高密度位错能够显著降低辐照孔洞的尺寸和数密度,加之辐照退火效应的综合影响,导致预应变能够降低高纯铝屈服强度的增长率和失稳应变的下降率,从而表现出一定的抑制辐照硬化和脆化的能力,预应变还能够提高高纯铝的失稳应力,但整体而言预应变并不能提高高纯铝的延性.最后,基于J-C本构模型的中子辐照退火态金属材料的脆化模型能够直接应用于预应变金属材料,且模型预测结果与实验结果吻合较好. 展开更多

关键词 中子辐照 高纯铝 预应变 脆化模型 失稳应变 失稳应力

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承压积水作用下临空损伤煤柱宏观破坏特征与渗流规律

17

作者 刘伟韬 陈东祺 +2 位作者 刘玉本 杜衍辉 赵吉园 《煤田地质与勘探》 2025年第8期140-153,共14页

【背景】小煤柱护巷的方式在我国得到广泛应用,临空煤柱的稳定性影响着矿井的安全生产,受多种扰动作用影响的煤柱内往往会产生不同类型的损伤裂隙,积水采空区的承压水环境可能会造成临空损伤煤柱的失稳破坏。【方法】为研究损伤裂隙结... 【背景】小煤柱护巷的方式在我国得到广泛应用,临空煤柱的稳定性影响着矿井的安全生产,受多种扰动作用影响的煤柱内往往会产生不同类型的损伤裂隙,积水采空区的承压水环境可能会造成临空损伤煤柱的失稳破坏。【方法】为研究损伤裂隙结构对煤体稳定性的影响,引入相对稳定的初始损伤裂隙概念,基于损伤力学理论建立临空煤体的“流–应力–损伤”(HMD)耦合力学模型,采用COMSOL有限元分析临空损伤煤柱受单侧压力水影响下渗流破坏过程。【结果和结论】初始损伤裂隙的力学参数会显著影响煤体产生二次损伤的时间,两者之间存在临界阈值;损伤裂隙的存在会显著影响临空煤柱的稳定性,在单侧水压的作用下呈现出非对称的破坏形态,局部突水处的流速相比损伤前提高了2个数量级;裂隙结构会影响煤体失稳过程,随着裂隙角度从30°增加到60°,煤体的失稳时间从7.0 h缩减至4.1 h,而0°裂隙模型由于应力方向的特殊性失稳时间最短,仅为3.9 h;从损伤发育的宏观过程来看,不同模型均经历了从初始损伤裂隙尖端二次发育→损伤破坏贯通边界→大面积损伤区域扩展→边界局部突水通道形成的4个阶段;从模型损伤单元数量的演化特征来看,呈现损伤发育和快速扩展2个阶段,裂隙结构对发育速度的影响主要作用在损伤发育阶段,而不同模型快速扩展阶段的时间差异并不明显。研究结果可以为采空区隔水煤体的稳定性判断与失稳过程识别提供参考。 展开更多

关键词 临空煤柱 采空区积水 初始损伤裂隙 流–应力–损伤耦合模型 失稳前兆

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