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冻融循环作用下灰岩和石英岩力学特性及损伤本构模型试验研究
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作者 刘先峰 王通 +3 位作者 李建国 袁胜洋 侯召旭 张俊 《中国铁道科学》 北大核心 2025年第1期1-14,共14页
针对季冻区岩体工程中岩石的冻融劣化问题,选取具有代表性的灰岩和石英岩为试验对象,通过冻融循环试验、单轴压缩试验以及SEM扫描电镜试验对岩石的孔隙率、宏-细观破坏特征、力学特性以及能量演化规律进行研究。根据典型岩石的应力-应... 针对季冻区岩体工程中岩石的冻融劣化问题,选取具有代表性的灰岩和石英岩为试验对象,通过冻融循环试验、单轴压缩试验以及SEM扫描电镜试验对岩石的孔隙率、宏-细观破坏特征、力学特性以及能量演化规律进行研究。根据典型岩石的应力-应变曲线,基于Lemaitre平面应变理论和统计理论,将冻融循环作用产生的损伤效应耦合到损伤本构模型中,考虑压密段的影响,根据岩石的损伤本构方程和试验曲线特点分2段拟合本构方程。结果表明:冻融循环作用更易加剧高孔隙率灰岩的风化;随着冻融次数的增加,灰岩和石英岩的抗压强度均服从指数衰减;模型曲线的峰值点与试验曲线的峰值点较为接近,分段损伤本构模型与试验得到的曲线吻合较好,该损伤本构模型以及参数选取是正确可靠的。 展开更多
关键词 岩石工程 冻融循环 力学特性 能量演化 损伤本构模型
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胶结砂砾石料的动力特性及损伤本构模型
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作者 张涛 任红磊 武颖利 《水利水运工程学报》 北大核心 2025年第3期116-126,共11页
胶结砂砾石料是一种新型且具有广泛应用前景的筑坝材料,但对胶结砂砾石料的动力特性缺乏足够的了解。开展了胶结砂砾石料的循环三轴动力剪切试验,探究胶结砂砾石料的动力特性,结果表明围压和胶凝掺量均会影响滞回曲线的形态,随围压和胶... 胶结砂砾石料是一种新型且具有广泛应用前景的筑坝材料,但对胶结砂砾石料的动力特性缺乏足够的了解。开展了胶结砂砾石料的循环三轴动力剪切试验,探究胶结砂砾石料的动力特性,结果表明围压和胶凝掺量均会影响滞回曲线的形态,随围压和胶凝掺量的增大,动剪模量增大、阻尼比减小。在广义Kelvin模型上串联损伤元件,构建了动力损伤本构模型,根据能量交互原理定义损伤变量D,并修正动剪模量和阻尼比的理论公式,推导得出损伤本构模型的刚度矩阵,该模型对胶结砂砾石料三轴动力剪切试验具有良好的拟合效果。并以某胶结砂砾石坝为例,讨论了坝体在动力荷载作用下的加速度响应及损伤分布规律。所建立的胶结砂砾石料动力损伤模型简洁实用,参数较少且物理意义明确,可用于胶结砂砾石坝的动力响应研究和震损评估。 展开更多
关键词 胶结砂砾石料 动剪切模量 阻尼比 损伤特性 动力本构模型
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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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冻融损伤石英岩力学特性及损伤本构模型 被引量:1
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作者 侯召旭 刘先峰 +3 位作者 王通 张俊 袁胜洋 胡金山 《长江科学院院报》 北大核心 2025年第1期177-185,共9页
西南艰险山区分布有大量岩质边坡,长期冻融作用引起岩体力学性能发生劣化,进一步导致边坡稳定性降低。为研究岩体在冻融作用下的损伤劣化规律,选取某高陡边坡工程的低孔隙率石英岩进行不同冻融循环次数条件下的单轴压缩试验,分析其力学... 西南艰险山区分布有大量岩质边坡,长期冻融作用引起岩体力学性能发生劣化,进一步导致边坡稳定性降低。为研究岩体在冻融作用下的损伤劣化规律,选取某高陡边坡工程的低孔隙率石英岩进行不同冻融循环次数条件下的单轴压缩试验,分析其力学劣化和能量演化规律,并基于能量演化规律提出岩石完全压密点的确定方法,以完全压密点为分段点建立考虑压密段的岩石分段损伤本构模型。研究结果表明:前期冻融循环作用对石英岩的影响较小,当冻融循环次数>40时,石英岩的力学性能出现明显劣化,破坏模式由剪切破坏逐渐向拉-剪复合破坏转变;确定弹性能耗比K(耗散能/弹性应变能)为1.2对应的点为完全压密点,压密应变随冻融循环次数的增加呈线性增大;考虑压密段的岩石分段损伤本构模型与试验数据的匹配度较好,可更准确地描述冻融损伤石英岩的变形破坏特性。 展开更多
关键词 冻融循环 石英岩 力学劣化 能量演化 完全压密点 分段损伤本构模型
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考虑动态拉压比影响的岩石损伤本构模型
5
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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拉压循环荷载下基于能量的混凝土损伤本构模型
6
作者 吴孝鑫 王银 +4 位作者 姜雅婷 谢群 杨涛春 宗香华 孙留洋 《济南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期434-440,共7页
为了解决原始Kong-Fang混凝土损伤本构模型无法描述混凝土在受压过程中的应变硬化现象和拉压循环荷载下的模量损伤问题,引入屈服强度面用于描述混凝土的应变硬化现象,基于能量法推导拉伸、剪切损伤标量,并将拉伸、剪切损伤标量分别与拉... 为了解决原始Kong-Fang混凝土损伤本构模型无法描述混凝土在受压过程中的应变硬化现象和拉压循环荷载下的模量损伤问题,引入屈服强度面用于描述混凝土的应变硬化现象,基于能量法推导拉伸、剪切损伤标量,并将拉伸、剪切损伤标量分别与拉伸、切应力相乘,用于描述混凝土的模量损伤问题,建立拉压循环荷载下基于能量的混凝土损伤本构模型;将所建立的模型植入LS-DYNA软件,并在混凝土单单元模型的单轴压缩循环荷载、单轴拉伸循环荷载、单轴拉压循环荷载下预测应力-应变曲线。结果表明,利用所建立的模型数值计算单单元模型所得的应力-应变曲线包含弹性段、应变硬化段和应变软化段,所建立的模型不仅能较好地验证混凝土应力-应变曲线上升段的应变硬化现象和下降段的应变软化现象,而且能较好地预测单轴压缩循环荷载、单轴拉伸循环荷载、单轴拉压循环荷载下的应力-应变曲线。 展开更多
关键词 工程力学 循环荷载 能量法 模量损伤 本构模型
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岩石蠕变应变能密度演化时效特征与损伤本构模型研究
7
作者 刘之喜 赵光明 +2 位作者 孟祥瑞 顾清恒 秦志宏 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第1期153-166,共14页
为了探究岩石单轴蠕变的应变能密度演化规律及其损伤本构模型,利用单轴蠕变-卸载试验,系统性地研究了煤、泥岩、白砂岩和红砂岩4种岩石的蠕变应变能密度演化规律。着重探讨了岩石在蠕变过程中应变能密度的转化与耗散机制,建立了不同脆... 为了探究岩石单轴蠕变的应变能密度演化规律及其损伤本构模型,利用单轴蠕变-卸载试验,系统性地研究了煤、泥岩、白砂岩和红砂岩4种岩石的蠕变应变能密度演化规律。着重探讨了岩石在蠕变过程中应变能密度的转化与耗散机制,建立了不同脆性程度岩石的损伤蠕变本构模型。研究结果表明:(1) 4种岩石的弹性应变能密度随蠕变时间的延长而呈线性减少的趋势,即存在线性衰减特征;(2)结合单轴蠕变-卸载试验结果,提出了一种基于弹性应变能密度线性衰减特征的岩石蠕变应变能计算方法;(3) 4种不同脆性程度的岩石蠕变产生的耗散应变能密度与输入应变能密度随着时间增加而增长,其增长可分为衰减增长阶段、匀速增长阶段以及加速增长阶段;(4)在蠕变过程中,随着蠕变时间的增加,岩石耗散应变能密度占输入应变能密度逐渐增大,在加速蠕变与峰后的临界点达到最大,脆性程度越高加速蠕变与峰后临界点耗散应变能密度占输入应变能密度比例越大;(5)构建了基于应变能耗散的黏弹塑性-损伤耦合本构模型,该模型能够有效描述不同脆性岩石在蠕变过程中的变形曲线。 展开更多
关键词 蠕变 卸载 应变能密度演化 损伤变量 本构模型
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木屑-氯氧镁水泥复合材料力学性能及损伤本构模型研究
8
作者 冯沛洋 方强 +3 位作者 张华刚 喻涛 杨娇娇 宁攀 《硅酸盐通报》 北大核心 2025年第2期434-446,共13页
木屑-氯氧镁水泥复合材料(SMOCC)是以氯氧镁水泥为胶凝材料,木屑为填充材料,并掺加适当比例改性剂,施加5 MPa压力压制成型的新型建筑材料。为了探究SMOCC的基本力学性能和损伤演化规律,本文开展了立方体抗压、劈裂抗拉和不同加载速率下... 木屑-氯氧镁水泥复合材料(SMOCC)是以氯氧镁水泥为胶凝材料,木屑为填充材料,并掺加适当比例改性剂,施加5 MPa压力压制成型的新型建筑材料。为了探究SMOCC的基本力学性能和损伤演化规律,本文开展了立方体抗压、劈裂抗拉和不同加载速率下棱柱体受压试验。同时,基于试验结果,采用Lognormal和GaussAmp统计分布函数,结合等效应变原理,建立了不同加载速率下SMOCC的损伤构模型。结果表明:立方体抗压强度、劈裂抗拉强度及弹性模量均随着SMOCC表观密度的增大而增大;SMOCC峰值应变和峰值应力均随着加载速率的升高而减小;较低加载速率下,SMOCC内部缺陷及微裂纹发展更充分,应力-应变曲线初始压实阶段上凹更明显,脆性特征有所改善;与Lognormal统计分布函数相比,GaussAmp统计分布函数建立的本构模型能够更好地描述SMOCC单轴受压力学行为和损伤演化过程。研究成果可为SMOCC的设计和应用提供理论依据。 展开更多
关键词 木屑-氯氧镁水泥复合材料 力学性能 加载速率 损伤变量 本构模型
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Johnson-Cook、修正的Zerilli-Armstrong及Arrhenius本构模型对奥氏体不锈钢流变应力的预测
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作者 邬宇轩 李静媛 侯艳阳 《热加工工艺》 北大核心 2025年第8期17-23,16,共8页
研究了Johnson-Cook(JC)、修正的Zerilli-Armstrong(m-ZA)和应变补偿的Arrhenius型本构模型对304奥氏体不锈钢高温流变行为的表征能力。利用温度(1173~1473 K)、应变(0.1~0.8)和应变速率(0.01~10 s^(-1))等温热压缩试验的真应力-应变数... 研究了Johnson-Cook(JC)、修正的Zerilli-Armstrong(m-ZA)和应变补偿的Arrhenius型本构模型对304奥氏体不锈钢高温流变行为的表征能力。利用温度(1173~1473 K)、应变(0.1~0.8)和应变速率(0.01~10 s^(-1))等温热压缩试验的真应力-应变数据来计算3种本构模型的材料常数。通过比较预测结果的相关系数和平均绝对误差、描述变形行为的能力、涉及的材料常数的数量,评估了这3种模型的适用性。结果表明:JC模型无法很准确地描述304奥氏体不锈钢在上述热加工区域的流变行为;m-ZA模型的预测结果与试验数据吻合相对较好;应变补偿的Arrhenius型方程比修正的ZA模型需要更多的材料常数和更多的计算时间,但可以更准确地跟踪变形行为。 展开更多
关键词 304奥氏体不锈钢 变形行为 johnson-cook 修正的Zerilli-Armstrong Arrhenius型本构模型
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混杂纤维增强EPS混凝土双参数损伤本构模型研究
10
作者 王莽 黄炜 +2 位作者 安永健男 权文立 苗欣蔚 《西安建筑科技大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期236-243,共8页
制备7组不同砂率的EPS混凝土,测试其抗压强度和应力-应变关系,并通过扫描电镜对不同砂率下EPS混凝土的微观结构进行了分析,研究砂率对混杂纤维(聚丙烯纤维和木纤维)增强EPS混凝土力学性能的影响.试验结果表明:在砂率0~30%范围内,EPS混... 制备7组不同砂率的EPS混凝土,测试其抗压强度和应力-应变关系,并通过扫描电镜对不同砂率下EPS混凝土的微观结构进行了分析,研究砂率对混杂纤维(聚丙烯纤维和木纤维)增强EPS混凝土力学性能的影响.试验结果表明:在砂率0~30%范围内,EPS混凝土立方体抗压强度和单轴抗压强度均随着砂率增加而提高;单轴压缩试验过程中,EPS混凝土表现出明显的弹塑性,其应力-应变曲线可分为三个阶段:上升段、起伏下降段和波动稳定段.基于试验结果,结合损伤理论和EPS混凝土应力-应变曲线的特点,通过引入X_(1)和X_(2)两个损伤阈值,建立了基于双参数阈值的单轴受压损伤本构模型,模型曲线与试验结果曲线吻合良好. 展开更多
关键词 EPS混凝土 砂率 混杂纤维 损伤阈值 损伤本构模型
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考虑饱和度影响的玄武岩变形损伤规律与本构模型
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作者 谭尧升 李博文 +2 位作者 陈文夫 裴磊 荣冠 《水电能源科学》 北大核心 2025年第4期115-119,共5页
为研究水岩作用下玄武岩变形与强度演化规律,以白鹤滩水电站玄武岩为研究对象,通过单轴压缩试验,研究饱和度对玄武岩力学性能的影响规律,建立考虑饱和度影响的变形损伤模型和本构模型,分析水岩作用对岩石力学性能的弱化机理。结果显示,... 为研究水岩作用下玄武岩变形与强度演化规律,以白鹤滩水电站玄武岩为研究对象,通过单轴压缩试验,研究饱和度对玄武岩力学性能的影响规律,建立考虑饱和度影响的变形损伤模型和本构模型,分析水岩作用对岩石力学性能的弱化机理。结果显示,玄武岩的单轴抗压强度、弹性模量、裂纹起裂应力和裂纹损伤应力等力学指标随着饱和度的增加而降低,玄武岩的软化系数为0.821。建立了考虑饱和度影响的玄武岩的变形损伤演化方程和本构模型,本构模型与试验结果的相对误差小于±2.5%,合理有效。 展开更多
关键词 玄武岩 饱和度 水岩作用 变形损伤 本构模型
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盐冻循环作用下蒸养混凝土的性能劣化机理及损伤本构模型研究
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作者 陈超峰 张明义 +1 位作者 王冲 李刚 《石河子大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期472-480,共9页
冻融循环及盐离子侵蚀是导致装配式输水渠道服役年限衰减的主要原因。为揭示盐冻环境下蒸养混凝土的性能劣化机理及构建损伤本构模型,以蒸养混凝土为研究对象,开展了盐冻循环试验和宏-微观尺度试验研究,并基于Weibull随机分布和损伤力... 冻融循环及盐离子侵蚀是导致装配式输水渠道服役年限衰减的主要原因。为揭示盐冻环境下蒸养混凝土的性能劣化机理及构建损伤本构模型,以蒸养混凝土为研究对象,开展了盐冻循环试验和宏-微观尺度试验研究,并基于Weibull随机分布和损伤力学原理构建了考虑盐冻循环作用的混凝土单轴压缩损伤本构模型。结果表明:随着盐冻循环次数的增加,混凝土相对动弹性模量、抗压强度和弹性模量均逐渐减小,峰值应变和质量损失率不断增大;盐冻循环耦合作用促使混凝土内部孔隙变大,导致裂缝进一步扩展,加速了混凝土的破坏过程。理论计算得到的弹性模量、峰值应力和峰值应变与试验数据吻合性较好,验证了理论模型的合理性,表明所建立理论模型能够完整的描述盐冻循环后混凝土在荷载作用下性能劣化过程。研究结果可为盐冻地区装配式输水渠道的工程建设提供参考。 展开更多
关键词 蒸养混凝土 性能劣化机理 损伤本构模型 宏-微观尺度
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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
13
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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考虑残余强度阶段裂隙演化影响的岩石统计损伤本构模型
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作者 肖南 刘启明 +2 位作者 邱祥 黄阜 凌同华 《西安建筑科技大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期554-562,共9页
岩石本构模型一直是岩土工程领域的研究热点,合理的本构模型对实际工程的安全稳定分析具有重要的指导意义.首先,从损伤力学的基本原理出发,考虑岩石残余强度阶段的特点,提出了裂隙演化修正系数.随后,将Drucker-Prager强度准则作为判断... 岩石本构模型一直是岩土工程领域的研究热点,合理的本构模型对实际工程的安全稳定分析具有重要的指导意义.首先,从损伤力学的基本原理出发,考虑岩石残余强度阶段的特点,提出了裂隙演化修正系数.随后,将Drucker-Prager强度准则作为判断微元破坏的依据,建立了一个全面描述岩石变形全过程的统计损伤本构模型,并给出了模型参数的确定方法.最后,通过砂岩、花岗岩的三轴试验数据验证了所提出的统计损伤本构模型,并探讨了岩石损伤累积和裂隙扩展过程.结果表明:理论曲线与试验曲线吻合程度均较好,提出的统计损伤本构模型能够较好的描述岩石应力-应变演化过程和残余强度特性,且该模型参数简单且易于获取,便于在实际工程中应用. 展开更多
关键词 本构模型 岩石损伤 残余强度 统计分布 三轴压缩
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基于局部化渐进损伤效应的冻融荷载耦合作用下裂隙岩石本构模型
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作者 赵雁海 王研宇 +1 位作者 崔强 赵凯 《煤炭学报》 北大核心 2025年第S1期1-15,共15页
寒区裂隙岩石受到冻融循环和外部荷载的耦合作用,初始缺陷端部主次裂纹丛集渐进扩展影响下其本构关系表征更为困难。基于损伤局部化理论,将岩石宏观裂隙的萌生与扩展等效为尖端裂纹簇的增长过程,并综合考虑岩石细观冻融损伤的影响,得到... 寒区裂隙岩石受到冻融循环和外部荷载的耦合作用,初始缺陷端部主次裂纹丛集渐进扩展影响下其本构关系表征更为困难。基于损伤局部化理论,将岩石宏观裂隙的萌生与扩展等效为尖端裂纹簇的增长过程,并综合考虑岩石细观冻融损伤的影响,得到岩石宏细观渐进损伤变量。基于Weibull分布函数和M-C强度准则,构建了考虑局部化宏细观损伤效应的冻融裂隙岩石本构模型,并提出了模型参数的理论表达式。通过开展冻融循环条件下裂隙砂岩核磁共振损伤测试与单轴及三轴压缩试验,定量分析冻融循环次数与岩石孔隙度、损伤演化的关系,研究了冻融循环和围压对岩石渐进损伤力学特性的影响,验证了所建模型的合理性。研究结果表明:冻融循环导致岩石内部裂隙扩展与孔隙结构变化,显著降低岩石强度和刚度,建立的本构模型能够准确表征冻融受荷岩石变形破坏的全过程,并可以反映冻融循环和围压对岩石变形特性的影响;冻融循环过程中岩石细观损伤是由前期微孔隙的萌生和后期孔隙尺寸增长造成的,模型参数敏感性分析揭示了冻融循环和围压对岩石力学响应的影响,围压能有效抑制岩石宏观损伤的增长,而冻融循环次数的增加加速了岩石细观损伤的累积,导致岩石的峰值强度降低,岩石的延性降低且脆性逐渐显现,损伤修正系数η在描述岩石塑性变形与脆性破坏之间的过渡中起到了重要作用。为深入分析裂隙岩石在冻融环境下的损伤演化规律提供了理论参考。 展开更多
关键词 冻融循环 宏细观损伤 尖端裂纹簇 本构模型 岩石力学
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酸性环境干湿循环作用下石灰岩的物理力学特性及损伤本构模型研究
16
作者 周文强 张翔 范翔 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第8期3372-3381,共10页
为探究酸性干湿交替作用对石灰岩物理力学性能的影响,评价石灰岩岩体在此环境中的长期稳定性,以重庆市南川区金佛山甑子岩的石灰岩为研究对象,对中性与酸性环境干湿循环处理后的石灰岩岩样进行质量损失试验、吸水性试验、单轴压缩试验... 为探究酸性干湿交替作用对石灰岩物理力学性能的影响,评价石灰岩岩体在此环境中的长期稳定性,以重庆市南川区金佛山甑子岩的石灰岩为研究对象,对中性与酸性环境干湿循环处理后的石灰岩岩样进行质量损失试验、吸水性试验、单轴压缩试验和抗拉试验。结果表明:在同一pH的浸泡溶液条件下,随着干湿循环次数的增加,岩样的质量损失率和饱水率增加;抗拉强度、单轴抗压强度和弹性模量逐渐降低;在相同干湿循环次数条件下,浸泡溶液的pH越低,岩样的物理力学性能损失越严重。基于试验结果,采用损伤理论、Weibull分布、Lemaitre应变等效假说以及M-C(Mohr-Coulomb)强度准则,用二次函数表征石灰岩应力-应变曲线压密阶段的非线性特征,建立并验证了石灰岩的损伤本构模型。 展开更多
关键词 石灰岩 酸性环境 干湿循环 物理力学特性 损伤本构模型
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考虑空隙压密特征的冻融岩石损伤本构模型
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作者 冯强 李子俊 +4 位作者 刘炜炜 张新鹏 朱谭谭 李大海 常勇 《岩土工程学报》 北大核心 2025年第7期1422-1431,共10页
岩石的非线性压密阶段的变形在复杂环境作用下变化显著。为了更好地描述寒区岩体工程中受荷岩石的各阶段变形破坏特征,对岩石压缩过程中轴向应变差与轴向应变的变化规律进行分析,建立了岩石应力阈值点确定方法。基于颗粒间黏结断裂模型... 岩石的非线性压密阶段的变形在复杂环境作用下变化显著。为了更好地描述寒区岩体工程中受荷岩石的各阶段变形破坏特征,对岩石压缩过程中轴向应变差与轴向应变的变化规律进行分析,建立了岩石应力阈值点确定方法。基于颗粒间黏结断裂模型定义各类损伤变量,以空隙闭合点为边界,分段推导了冻融-荷载作用下的损伤演化方程,并将岩石变形视为由空隙和固体颗粒两部分的变形组成,建立了考虑空隙压密特征的冻融砂岩损伤本构模型。开展室内冻融砂岩单轴压缩试验,分析冻融循环-荷载作用下岩石的变形特性和损伤演化规律,验证本构模型的合理性。研究表明:该本构模型的理论曲线与试验曲线较为吻合,反映了冻融受荷岩石变形破坏的全过程,并能表征冻融循环和空隙压密对岩石变形特性的影响。 展开更多
关键词 冻融岩石 损伤本构 空隙压密 黏结断裂模型 应力阈值点
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冲击荷载作用下冻融红砂岩动力特性及损伤模型 被引量:1
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作者 于洋 江亲财 +3 位作者 王泽华 卢毓崟 郭啟翔 曾慧明 《煤炭学报》 北大核心 2025年第5期2437-2452,共16页
为研究冻融岩石在冲击荷载作用下的动态力学特性和损伤演化特征,以寒区红砂岩为研究对象,开展0、15、30、45、60次冻融循环试验和动态冲击试验,分析了应变率和冻融损伤对红砂岩动态力学特性的影响,在考虑损伤阈值的损伤演化方程基础上,... 为研究冻融岩石在冲击荷载作用下的动态力学特性和损伤演化特征,以寒区红砂岩为研究对象,开展0、15、30、45、60次冻融循环试验和动态冲击试验,分析了应变率和冻融损伤对红砂岩动态力学特性的影响,在考虑损伤阈值的损伤演化方程基础上,基于组合元件模型理论和统计损伤理论构建了冻融红砂岩的损伤黏塑性动态本构模型,并验证了模型的合理性及适用性。结果表明:红砂岩存在冻融循环效应和应变率效应,其动态峰值强度随应变率的增加或冻融循环次数的减少而降低,高应变率对冻融损伤的敏感性越强;引入动态峰值强度损失量γ可以消除冲击荷载作用下的应变率效应,能更直观地反映不同冲击荷载作用下冻融循环对岩石动态峰值强度的影响,冻融45次是损伤阈值点,经过45次之后冻融损伤趋于稳定;冻融与未冻融相比,内部形成了尺度较大的裂纹网络,破坏模式由劈裂向剪切破坏转变,冻融环境下力学特性劣化明显;砂岩的线弹性阶段表现明显在经过冻融循环之后,在D-P破坏准则的基础上,推导出了考虑损伤阈值的损伤演化方程,更具有合理性。基于朱-王-唐本构模型,引入了损伤体构建的黏弹塑性动态本构方程,体现本构模型的全面性;研究建立的动态本构模型很好地反映了红砂岩在受荷变形过程中所表现出的损伤软化、黏弹性和黏塑性等复杂特性,并且也反映出冻融损伤对红砂岩动态力学特性的影响;所得结论可为研究季节性高寒地区岩石的冲击动态破坏提供参考。 展开更多
关键词 冻融循环 动态力学 损伤演化 应变率效应 本构模型
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CO_(2)−荷载耦合作用下煤体细观统计损伤本构模型及验证 被引量:5
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作者 王磊 陈礼鹏 +4 位作者 谢广祥 范浩 李少波 邹鹏 张宇 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期2630-2642,共13页
CO_(2)吸附会对煤体产生损伤劣化作用进而降低其稳定性,对CO_(2)封存的长期安全性提出挑战,明确CO_(2)劣化作用并建立本构模型至关重要。采用损伤力学理论和统计理论推导出能够综合反映CO_(2)吸附和荷载耦合作用下煤体总损伤变量的计算... CO_(2)吸附会对煤体产生损伤劣化作用进而降低其稳定性,对CO_(2)封存的长期安全性提出挑战,明确CO_(2)劣化作用并建立本构模型至关重要。采用损伤力学理论和统计理论推导出能够综合反映CO_(2)吸附和荷载耦合作用下煤体总损伤变量的计算公式,并重点考虑了压密段的影响,分段建立了CO_(2)作用下煤体的细观统计损伤本构方程,明确了模型各参数的确定方法。最后通过CT扫描实验系统、MTS 816实验系统确定了本构模型参数,并采用自主研制的气−固耦合实验系统对不同CO_(2)压力下煤体进行了单轴压缩实验,验证了模型的合理性。研究结果表明:①基于CT扫描获取的裂隙率和运用Weibull分布理论分别定义了吸附和受载作用下的损伤变量,结合损伤理论进一步得到二者耦合作用下的总损伤变量,并建立了细观统计损伤本构模型;②基于CT扫描技术的裂隙三维重构真实反映了CO_(2)作用前后裂隙扩展特征,CO_(2)压力越高,裂隙扩展越充分,煤样三维裂隙参数和损伤变量越大,所形成的空间裂隙网络越复杂;③CO_(2)对煤体力学性质劣化作用显著,煤体的抗压强度与弹性模量随CO_(2)压力增加分别降低了49.78%和22.63%,CO_(2)对煤体的溶胀效应、塑化效应和气楔效应的综合作用导致了力学参数的降低;④建立的CO_(2)作用下煤体细观统计损伤模型理论曲线与单轴实验曲线具有较高的吻合度,说明损伤本构模型能够较好地反映出CO_(2)对煤体力学特性的损伤劣化作用,体现了损伤本构模型及模型参数确定方法的合理性与适用性。 展开更多
关键词 CO_(2)地质封存 本构模型 损伤变量 力学特性 裂隙演化
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耦合应变速率及尺寸效应的3102铝箔本构模型
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作者 李萍 汪洋 +3 位作者 张百顺 田辙环 祝梦臣 薛克敏 《塑性工程学报》 北大核心 2025年第1期145-151,共7页
为研究3102铝合金在应变速率与尺寸效应耦合作用下的本构关系,利用单轴拉伸实验获得0.095~0.14 mm厚度的3102铝合金在10^(-4)~10^(-1) s^(-1)应变速率下的真应力-真应变曲线,以此为基础构建了改进的Johnson-Cook本构模型,并利用DYNAFOR... 为研究3102铝合金在应变速率与尺寸效应耦合作用下的本构关系,利用单轴拉伸实验获得0.095~0.14 mm厚度的3102铝合金在10^(-4)~10^(-1) s^(-1)应变速率下的真应力-真应变曲线,以此为基础构建了改进的Johnson-Cook本构模型,并利用DYNAFORM有限元仿真软件对3102铝合金室温拉深成形过程进行模拟预测。结果表明:随着应变速率和厚度的增加,3102铝合金的抗拉强度提高,表现出明显的应变速率敏感性和尺寸效应。利用改进的Johnson-Cook本构模型对真实应力进行预测,其相关系数与平均相对误差分别为0.991%和0.44%;将改进的本构模型应用于有限元仿真分析,通过对比实际成形零件减薄率与模拟预测值发现,二者的最大绝对误差为4.573%,表明改进的Johnson-Cook本构模型能够准确预测相应条件下的真实应力。 展开更多
关键词 3102铝合金 应变速率 尺寸效应 johnson-cook本模型
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