大冲击条件下水下航行体结构失效机理研究

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作者 孙卓 《舰船科学技术》 北大核心 2024年第24期10-14,共5页

本文针对某航行体减阻装置在大冲击条件下的疲劳断裂问题开展研究。首先采用理论和仿真方法,分析减阻结构周围的流体压强分布规律,获取减阻结构转动力矩的变化特征,在此基础上对减阻结构在冲击载荷下张开过程的应力分布特性进行分析并... 本文针对某航行体减阻装置在大冲击条件下的疲劳断裂问题开展研究。首先采用理论和仿真方法,分析减阻结构周围的流体压强分布规律,获取减阻结构转动力矩的变化特征,在此基础上对减阻结构在冲击载荷下张开过程的应力分布特性进行分析并校核结构强度;基于电镜检测方法研究失效部位的微观断裂特征,得到断裂缺口微观形貌特征,建立宏观损伤特征与微观断裂的关联,最终确定断裂失效的主要因素。本文提出的基于多尺度法对结构断裂失效进行分析,为结构安全评估提供了一种新思路。 展开更多

关键词 多尺度方法 宏观损伤 微观断裂 安全评估

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基于宏细观损伤耦合的非贯通裂隙岩体本构模型 被引量：33

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作者 袁小清 刘红岩 刘京平 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第10期2804-2814,共11页

针对非贯通裂隙岩体工程结构中的受荷岩体,提出受荷细观损伤与裂隙宏观损伤的概念。以完整岩石的初始损伤状态作为基准损伤状态,综合考虑裂隙宏观缺陷的存在、微裂纹细观缺陷在受荷下的损伤扩展以及宏细观缺陷在受荷过程中的耦合,基于Le... 针对非贯通裂隙岩体工程结构中的受荷岩体,提出受荷细观损伤与裂隙宏观损伤的概念。以完整岩石的初始损伤状态作为基准损伤状态,综合考虑裂隙宏观缺陷的存在、微裂纹细观缺陷在受荷下的损伤扩展以及宏细观缺陷在受荷过程中的耦合,基于Lemaitre应变等效假设,推导了考虑宏细观缺陷耦合的复合损伤变量,并给出同时考虑试件尺寸、裂隙几何与力学特性的宏观损伤变量的计算公式,从而建立了基于宏细观缺陷耦合的非贯通裂隙岩体在荷载作用下的损伤本构模型。用宏细观损伤耦合的本构模型来描述非贯通裂隙岩体在受荷过程中的细观损伤演化与宏观损伤行为,与非贯通裂隙岩体实际受荷情况符合较好。研究结果表明:(1)完整岩样和裂隙岩样的应力-应变行为在峰值强度之前差异较大,峰值强度以后差异逐渐减小,最后趋于一致,二者具有相近的残余强度;(2)裂隙岩体强度随裂隙贯通率的增加而增大,随裂隙倾角的变化具有明显的各向异性,同时还与裂隙面的内摩擦角有关;(3)裂隙倾角为90°时,裂隙岩样的峰值强度最高;张开型裂隙岩样的裂隙倾角为45°时,峰值强度最低;(4)非贯通裂隙岩体工程结构中的受荷岩体,其力学性能由受荷细观损伤与裂隙宏观损伤及其耦合效应所决定,基于宏细观损伤耦合的复合损伤变量可以较好地反映非贯通裂隙岩样的力学特性。 展开更多

关键词 非贯通裂隙岩体 宏观损伤 受荷细观损伤 损伤耦合 应力强度因子 本构模型

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非贯通裂隙岩体三维复合损伤本构模型 被引量：10

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作者 袁小清 刘红岩 刘京平 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第1期91-99,共9页

针对非贯通裂隙岩体工程结构中的受荷岩体,提出受荷细观损伤与裂隙宏观损伤的概念。以完整岩石的初始损伤状态作为基准损伤状态,综合考虑裂隙宏观缺陷的存在,微裂纹细观缺陷在受荷下的损伤扩展,以及宏细观缺陷在受荷过程中的耦合,基于Le... 针对非贯通裂隙岩体工程结构中的受荷岩体,提出受荷细观损伤与裂隙宏观损伤的概念。以完整岩石的初始损伤状态作为基准损伤状态,综合考虑裂隙宏观缺陷的存在,微裂纹细观缺陷在受荷下的损伤扩展,以及宏细观缺陷在受荷过程中的耦合,基于Lemaitre应变等效假设,推导考虑宏细观缺陷耦合的复合损伤变量(张量)。给出宏观损伤变量(张量)的计算公式,建立基于宏细观缺陷耦合的非贯通裂隙岩体在荷载作用下的三维复合损伤本构模型,利用试验数据对模型合理性进行验证,讨论不同围压下宏细观缺陷对裂隙岩体力学特性的影响规律。研究结果表明:1工程结构中的受荷岩体,其力学性能由宏观缺陷、细观缺陷以及所处应力状态所决定。单轴应力状态下,岩石力学性质具有明显的脆性,受裂隙几何分布影响较大,具有明显的各向异性。围压状态下,岩石力学性质具有明显延性特征。随围压增加,裂隙岩样的各向异性得到弱化,并趋于各向同性。2裂隙岩样常规三轴压缩试验时,若考虑岩石的压密过程,初始轴向应变在高围压时不能忽略。 展开更多

关键词 非贯通裂隙岩体 宏观损伤 受荷细观损伤 损伤耦合 本构模型 三轴压缩试验

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基于变形元件的节理岩体三轴压缩损伤本构模型 被引量：6

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作者 赵怡晴 刘红岩 +2 位作者 吕淑然 邢闯锋 张力民 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第3期991-996,共6页

基于岩体结构力学观点,将岩体看作是由岩块和结构面组成的复合体,分别采用基于统计损伤模型的弹性损伤变形元件和考虑结构面闭合及滑动的变形元件描述岩块和结构面在压缩荷载作用下的变形规律,进而建立相应的节理岩体压缩损伤本构模型... 基于岩体结构力学观点,将岩体看作是由岩块和结构面组成的复合体,分别采用基于统计损伤模型的弹性损伤变形元件和考虑结构面闭合及滑动的变形元件描述岩块和结构面在压缩荷载作用下的变形规律,进而建立相应的节理岩体压缩损伤本构模型。其次,针对上述损伤本构模型中最大拉应变破坏准则不适合于描述三向受力状态下岩石破坏的不足,基于Mises屈服准则推导出三向应力状态下的最大主应变与围压之间的关系,进而将该模型推广至三维情形。最后,通过算例对该模型的合理性进行验证。研究结果表明:该模型能够较好地反映围压对节理岩体试件强度及变形的影响规律,即随着围压增加,节理岩体试样峰值强度增加,而试样破坏时的最终应变减小。 展开更多

关键词 围压 三轴压缩 宏观缺陷 微观缺陷 变形元件 损伤本构模型

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基于TCK模型的非贯通节理岩体动态损伤本构模型 被引量：6

5

作者 刘红岩 杨艳 +1 位作者 李俊峰 张力民 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第3期319-325,共7页

提出在岩体动态损伤本构模型中应同时考虑宏、细观缺陷;基于能量原理和断裂力学理论推导得出了同时考虑节理几何及力学特征的宏观损伤变量(张量)的计算公式;基于综合考虑宏、细观缺陷的复合损伤变量(张量)及完整岩石动态损伤Taylor-Chen... 提出在岩体动态损伤本构模型中应同时考虑宏、细观缺陷;基于能量原理和断裂力学理论推导得出了同时考虑节理几何及力学特征的宏观损伤变量(张量)的计算公式;基于综合考虑宏、细观缺陷的复合损伤变量(张量)及完整岩石动态损伤Taylor-Chen-Kuszmaul(TCK)模型,建立了相应的单轴压缩下节理岩体动态损伤本构模型;利用该模型讨论了节理内摩擦角及节理长度对岩体动态力学特性的影响规律。研究表明,试件动态峰值强度随着节理内摩擦角的增大而增大,随着节理长度的增加而减小。 展开更多

关键词 固体力学 动态损伤本构模型 非贯通节理岩体 宏观缺陷 细观缺陷 损伤耦合 应力强度因子

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综合考虑宏微观复合损伤的节理岩体本构模型 被引量：5

6

作者 张吉宏 刘红岩 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2013年第6期49-52,共4页

针对目前节理岩体损伤本构模型中仅考虑节理等宏观缺陷造成的损伤,而没有考虑岩块中微裂纹等微观损伤的不足,提出了综合考虑宏微观损伤的节理岩体本构模型。其中微观损伤模型采用基于应变强度理论和岩石微元强度服从Weibull分布假定的... 针对目前节理岩体损伤本构模型中仅考虑节理等宏观缺陷造成的损伤,而没有考虑岩块中微裂纹等微观损伤的不足,提出了综合考虑宏微观损伤的节理岩体本构模型。其中微观损伤模型采用基于应变强度理论和岩石微元强度服从Weibull分布假定的统计损伤模型,把其应用于被节理切割而成的岩块。而宏观损伤模型主要基于连续介质力学原理,把节理对岩体性质的劣化作为损伤来考虑。在考虑节理传压及传剪系数的基础上,提出了综合考虑宏微观复合损伤的节理岩体本构模型。算例表明宏观节理的存在大大削弱了岩体的强度,降低了其刚度,增大了其柔性。所提出的模型能够较好地反映宏微观两类损伤对岩体应力-应变关系及强度的影响,较为合理。 展开更多

关键词 节理岩体 本构模型 宏观损伤 微观损伤 损伤张量

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基于变形元件的节理岩体压缩损伤本构模型 被引量：3

7

作者 刘红岩 黄妤诗 +1 位作者 吕淑然 张吉宏 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第6期2014-2020,共7页

为研究节理岩体在压缩荷载作用下的力学响应，基于岩体结构力学观点，把节理岩体在压缩荷载作用下的变形视为岩块变形与节理面变形的叠加，分别采用基于统计损伤模型的弹性损伤变形元件和考虑节理面闭合及滑动的变形元件计算岩块和节理... 为研究节理岩体在压缩荷载作用下的力学响应，基于岩体结构力学观点，把节理岩体在压缩荷载作用下的变形视为岩块变形与节理面变形的叠加，分别采用基于统计损伤模型的弹性损伤变形元件和考虑节理面闭合及滑动的变形元件计算岩块和节理面在压缩荷载作用下的变形，进而建立相应的节理岩体压缩损伤本构模型。并利用该模型讨论节理面弹性模量、最大闭合应变及剪切刚度等对计算结果的影响规律。最后利用该模型对含单条贯通节理的岩体在压缩荷载作用下的应力-应变曲线进行分析计算。研究结果表明：对于可能沿节理面发生剪切滑移的岩体而言，节理面剪切刚度对计算结果的影响最为显著。对本算例而言节理岩体的峰值强度仅为完整岩体的51.5%，反映节理对岩体强度的弱化效应。同时利用该模型得出岩体强度随节理倾角呈现出抛物线变化规律，即当节理倾角在50°~60°之间时，岩体强度最低，该结论与目前的理论及试验研究结果相吻合，从而说明该模型的合理性。 展开更多

关键词 节理岩体 岩体结构 宏观缺陷 微观缺陷 变形元件 压缩损伤本构模型

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混凝土宏观损伤与细观损伤的结合 被引量：2

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作者 陈升平 余天庆 刘祖德 《大连理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1997年第S1期100-105,共6页

提出了能量耗散等效原理，建立了混凝土材料宏观损伤与细观损伤的关系；单轴压缩下，纵向损伤与横向损伤之比为０．１；根据建立的宏观损伤与细观损伤的关系，细观量的演化就可以通过宏观量来反映，易于测量；反之。

关键词 混凝土 裂纹/宏观损伤 细观损伤

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不同围压条件下千枚岩宏观破坏与微观破裂特征分析 被引量：4

9

作者 蔡国军 赵大安 +3 位作者 冯伟强 程宇航 贾俊 仲闯 《中国测试》 CAS 北大核心 2021年第6期45-50,共6页

通过选取陕西省汉中市阴湾沟滑坡的千枚岩进行不同围压条件下的岩石三轴压缩试验和电镜扫描试验,分别从宏观和微观角度研究该处千枚岩的变形破坏机制,并分析岩石宏观破坏与微观破裂之间的相关性。研究结果表明:在低围压条件下,千枚岩宏... 通过选取陕西省汉中市阴湾沟滑坡的千枚岩进行不同围压条件下的岩石三轴压缩试验和电镜扫描试验,分别从宏观和微观角度研究该处千枚岩的变形破坏机制,并分析岩石宏观破坏与微观破裂之间的相关性。研究结果表明:在低围压条件下,千枚岩宏观破坏模式为拉张破坏和剪切破坏的复合型,当围压升高,千枚岩宏观破坏模式变成沿结构面滑动的剪切破坏;在零围压的条件下,千枚岩微观破裂断面较为平整,随着围压升高,千枚岩试样沿层面发生剪切破裂;在外力作用下千枚岩易发生剪切破坏,与其平坦面的断面形态和沿层面破裂的微观破裂模式是密切相关的,说明千枚岩的宏观破坏与微观破裂之间存在一定联系。 展开更多

关键词 千枚岩 岩石三轴压缩试验 电镜扫描试验 宏观破坏 微观破裂

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55%B4C/7075Al复合材料抗弹性能与损伤行为研究 被引量：3

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作者 晁振龙 姜龙涛 +4 位作者 陈圣朋 魏嘉伟 宫灯 陈国钦 武高辉 《兵器材料科学与工程》 CAS CSCD 北大核心 2020年第3期1-7,共7页

通过压力浸渗方法制备体积分数55%B4C/7075Al复合材料,并测试其对7.62 mm穿甲燃烧弹的抗弹性能。结果表明:复合材料具有优异的抗弹性能,相比于603装甲钢,防护系数可达4.13,厚度系数可达1.37。利用SEM观察55%B4C/7075Al复合材料不同侵彻... 通过压力浸渗方法制备体积分数55%B4C/7075Al复合材料,并测试其对7.62 mm穿甲燃烧弹的抗弹性能。结果表明:复合材料具有优异的抗弹性能,相比于603装甲钢,防护系数可达4.13,厚度系数可达1.37。利用SEM观察55%B4C/7075Al复合材料不同侵彻位置的微观损伤,并利用LS-DYNA对子弹侵彻靶板过程进行有限元分析模拟,重点研究靶板不同位置的应力分布,阐明了B4C/Al复合材料在弹体侵彻过程中不同位置的宏微观损伤机制。 展开更多

关键词 B4C/Al 有限元模拟 抗弹性能 宏微观损伤

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考虑宏细观损伤的隧道裂缝区围岩弹塑性分析 被引量：3

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作者 李君杰 陈秋南 +3 位作者 邹根 黄小城 周相识 周光裕 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第3期1106-1114,I0013,I0014,共11页

针对以往隧道含裂缝围岩弹塑性分析仅考虑细观损伤的不足,本文在统一强度理论下考虑宏细观损伤因子、水的渗透压力以及中间主应力,推导出含裂缝区围岩的应力、洞室位移量的计算公式和考虑损伤的围岩抗力系数表达式;并应用于现有隧道分... 针对以往隧道含裂缝围岩弹塑性分析仅考虑细观损伤的不足,本文在统一强度理论下考虑宏细观损伤因子、水的渗透压力以及中间主应力,推导出含裂缝区围岩的应力、洞室位移量的计算公式和考虑损伤的围岩抗力系数表达式;并应用于现有隧道分析计算。其计算结果表明:①不考虑宏观损伤会使计算的细观裂缝区半径偏小;②宏观裂缝区半径不变,细观裂缝区半径随着支护抗力变大而变小;③随着细观裂缝区半径增大,洞室位移量随着弹性模量增大而减小,且随着内聚力增大而减小,泊松比越大,其增长曲线斜率越大,细观裂缝区半径较小时,洞室位移量随着泊松比增大而减小,细观裂缝区半径较大时,洞室位移量随着泊松比的增大而增大。研究成果可以为隧道工程支护力的确定以及支护结构的选取提供理论参考。 展开更多

关键词 裂缝区 宏细观损伤因子 围岩应力 洞室位移量 围岩抗力系数

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砂岩热损伤微观结构与宏观物理特性演化规律研究 被引量：4

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作者 刘秋卓 雷瑞德 《隧道建设（中英文）》 北大核心 2019年第1期75-80,共6页

为探讨砂岩热损伤微观结构与宏观物理特性演化规律,借助核磁共振与SEM电镜扫描技术对砂岩开展100、200、300、400、500、600、700、800、900℃的循环热处理试验。结果表明:400℃后,砂岩试样的表观形态、质量和体积等物理参数均发生显著... 为探讨砂岩热损伤微观结构与宏观物理特性演化规律,借助核磁共振与SEM电镜扫描技术对砂岩开展100、200、300、400、500、600、700、800、900℃的循环热处理试验。结果表明:400℃后,砂岩试样的表观形态、质量和体积等物理参数均发生显著变化,砂岩物理参数发生变化的临界温度在400℃左右; 400℃后砂岩的微裂纹及孔洞开始发育,700℃后新生裂纹快速萌生、扩展和贯通; 300℃后孔隙度缓慢增加,热损伤开始发育,500℃后岩样受热应力及相变耦合作用,裂纹发育迅速,致使孔隙度急剧增加;渗透率与孔隙度呈现出不同的演化规律;砂岩小孔呈现出先增加、后降低,中孔呈现出先降低、后增加,大孔则呈现出先增加、后降低、再增加的变化趋势。 展开更多

关键词 砂岩 热损伤 微观结构 宏观物理特性 核磁共振 电镜扫描

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多次冲击荷载作用下碳纤维高强混凝土损伤特性与能量耗散分析

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作者 马学思 许丽 张强 《复合材料科学与工程》 CAS 北大核心 2022年第12期24-30,共7页

为研究碳纤维高强混凝土工程在多次冲击荷载作用下的安全性,采用直径为74 mm的分离式霍普金森压杆装置及非金属超声波检测装置对不同碳纤维掺量(0%、0.15%、0.3%、0.45%、0.6%)试件在不同冲击次数(1、2、3、4)下纵波波速、损伤因子、峰... 为研究碳纤维高强混凝土工程在多次冲击荷载作用下的安全性,采用直径为74 mm的分离式霍普金森压杆装置及非金属超声波检测装置对不同碳纤维掺量(0%、0.15%、0.3%、0.45%、0.6%)试件在不同冲击次数(1、2、3、4)下纵波波速、损伤因子、峰值应力及能量耗散规律进行研究,并结合电镜扫描(SEM)观察不同冲击次数下试件内部微观结构,分析试件力学性能与碳纤维掺量及冲击次数间的关系。结果表明:碳纤维的掺入能增加试件整体性,减少试件内部裂隙,增大纵波波速,第1次冲击作用会对试件内部裂隙进行“压实”,试件波速随之增大,随着冲击次数的进一步增加,试件损伤度增大,波速降低;碳纤维的掺入能有效增加试件峰值应力,掺量在0.45%时效果最佳,冲击荷载会对试件造成压实和损伤,试件峰值应力先小幅度上升后大幅度下降;冲击荷载作用下试件能量时程变化主要分为三个阶段,纤维掺量在0.3%时试件能量耗散率最高,多次冲击作用会对试件造成损伤累加,其耗能密度显著降低;SEM试验结果表明碳纤维的存在能够有效减少冲击荷载作用下试件内部裂纹扩展度及裂纹数目,试件微观结构与宏观力学性能变化表现出一致性。 展开更多

关键词 冲击荷载 碳纤维掺量 冲击次数 纵波波速 损伤因子 能量耗散 扫描电镜

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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》 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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