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输气管线在地质灾害中的力学行为研究

输气管线在地质灾害中的力学行为研究

作者：王沪毅西北工业大学

学位级别：硕士

在西气东输工程中，有一大部分管线要穿越黄土高原。由于黄土高原的特殊地质条件，容易发生坍塌、冲沟和滑坡等地质灾害。这些灾害使得管线发生变形和失效，造成重大事故，发生人员伤亡和重大的经济损失。因而，研究黄土地质灾害对管道... 详细信息

在西气东输工程中，有一大部分管线要穿越黄土高原。由于黄土高原的特殊地质条件，容易发生坍塌、冲沟和滑坡等地质灾害。这些灾害使得管线发生变形和失效，造成重大事故，发生人员伤亡和重大的经济损失。因而，研究黄土地质灾害对管道的破坏的力学行为具有重要的工程意义。本论文是一个涉及到地质力学、土力学和固体力学的交叉学科的研究，运用了土力学、弹性力学和有限元方法对管道在地质灾害中的侵害进行了建模和计算。得到的主要结果为： (1)基于弹性地基理论和弹性梁的挠曲线理论，给出了管道在固定墩(相当跨越河沟情况)和无固定墩(相当坍塌和冲沟情况)的变形微分方程，并分析了当量轴力为拉力或压力时管道的变形和受力情况。 (2)以Winkler线形地基模型为基础，确定无固定墩管道两端的地基反力，并考虑黄土的内聚力作用，计算了不同长度黄土坍塌发生时管道的受力和变形，给出了管道上应力场的分布和最大Mises应力部位。确定了管道的失效长度。计算了冲沟发生时对无固定墩管道的影响。另外计算了有固定墩管道在坍塌和冲沟发生时的失效长度。 (3)基于Ranken土压力理论，分析建立了土—管道的相互作用模型。模型中考虑了管道上方土的作用，管道自身的重量、气体的压力和自重以及滑坡时管道下方土的压力和土与管道的摩擦力。采用有限元方法按接触问题进行计算，得出了不同坡度、不同长度的滑坡发生时管道的应力分布，确定了最大Mises应力发生的部位和失效长度。并提出了防治的措施。 (4)采用预缺陷的方法，模拟管道受力情况，初步计算了管道在同时受到内压和拉／压力时的失稳问题。从计算的结果看，在缺陷处的应力有突变，该处的变形较大，是失稳容易发生的部位。

关键词：管道,黄上地质灾害,土-管道相互作用,有限元,应力场,失稳

基于氦泡与位错密度演化的老化δ-Pu静力学本构模型

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物理化学学报 2015年第B5期31卷 59-63页

作者：晏顺坪余勇王沪毅赵丰鹏中国工程物理研究院总体工程研究所四川绵阳621900

δ-Pu材料由于钚元素a衰变发生自辐照老化，随着老化时间增加，材料微结构和宏观力学性质发生变化．氦泡作为自辐照的主要产物，通过阻碍位错运动实现对δ-Pu力学性质的影响．文中首先通过钚材料级联衰变规律建立氦泡体积分数与老化时... 详细信息

δ-Pu材料由于钚元素a衰变发生自辐照老化，随着老化时间增加，材料微结构和宏观力学性质发生变化．氦泡作为自辐照的主要产物，通过阻碍位错运动实现对δ-Pu力学性质的影响．文中首先通过钚材料级联衰变规律建立氦泡体积分数与老化时间的关系，然后将氦泡对位错运动临界剪切应力的影响和氦泡长大规律引入本构方程，获得基于位错密度演化的δ-Pu静力学本构方程组．拟合实验数据得到本构模型参数．最后，通过模型计算获得不同老化时间下δ-Pu的应力应变关系．

关键词： δ-Pu 自辐照氦泡本构模型

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位错在金刚石—硅复合材料中引起的应力场

机械强度 2013年第4期35卷 428-437页

作者：王沪毅杨玉明胡文军李建国中国工程物理研究院总体工程研究所四川绵阳621900

研究中利用镜像法建立物理模型。将复合材料转化为两个无限大体结构,并在界面位置上分布相应的位错密度函数。基于Stroh formalism得到各向异性场中的控制方程。通过构造解的形式,求得封闭的位错密度函数的解,最终得到应力场理论解。通... 详细信息

研究中利用镜像法建立物理模型。将复合材料转化为两个无限大体结构,并在界面位置上分布相应的位错密度函数。基于Stroh formalism得到各向异性场中的控制方程。通过构造解的形式,求得封闭的位错密度函数的解,最终得到应力场理论解。通过检验边界条件验证所得结果的正确性。讨论位错位置、位错混合度和晶向方向对界面上应力σ12、σ22和σ23的影响,同时给出解偶和耦合情况下位错产生的应力分布。所得结果通用于该类型各向异性复合材料,也可用于研究相关的位错动力学问题。

关键词：镜像法复合材料位错密度函数各向异性

硅橡胶泡沫材料与刚性面准静态摩擦接触数值分析研究

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机械强度 2018年第6期40卷 1490-1494页

作者：王沪毅胡文军邱勇中国工程物理研究院总体工程研究所绵阳621999

基于有限元方法模拟研究硅橡胶泡沫材料与刚性接触面在准静态摩擦接触过程中的力学性能。基于多尺度方法建立与实际泡孔结构相符的细观模型-单胞泡孔模型。考虑泡孔壁之间摩擦因素,计算获得细观模型的力学性能。将细观模型性能通过数据... 详细信息

基于有限元方法模拟研究硅橡胶泡沫材料与刚性接触面在准静态摩擦接触过程中的力学性能。基于多尺度方法建立与实际泡孔结构相符的细观模型-单胞泡孔模型。考虑泡孔壁之间摩擦因素,计算获得细观模型的力学性能。将细观模型性能通过数据传递机制植入宏观模型,据此模拟研究硅橡胶泡沫材料与刚性加载面相互作用时的压缩载荷和结构变形情况,并讨论界面摩擦因数对该材料力学性能的影响。模拟结果表明,摩擦因数对硅橡胶泡沫材料的准静态单轴压缩力学性能影响较小,且所得模拟结果与实验结果吻合良好。

关键词：有限元硅橡胶泡沫材料刚性接触面摩擦接触多尺度

数值模拟中细观泡孔构型对硅橡胶泡沫材料力学性能的影响

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材料科学与工程学报 2019年第1期37卷 112-116页

作者：王沪毅胡文军尹益辉中国工程物理研究院总体工程研究所四川绵阳621999

基于有限元方法模拟准静态单轴压缩过程中硅橡胶泡沫材料的力学响应,并基于硅橡胶泡沫材料的泡孔特征,建立具有均匀分布且球孔尺寸一致的周期性物理模型,采用多尺度结合有限元数值方法进行模拟。根据已有的实验数据,拟合了实体硅橡胶材... 详细信息

基于有限元方法模拟准静态单轴压缩过程中硅橡胶泡沫材料的力学响应,并基于硅橡胶泡沫材料的泡孔特征,建立具有均匀分布且球孔尺寸一致的周期性物理模型,采用多尺度结合有限元数值方法进行模拟。根据已有的实验数据,拟合了实体硅橡胶材料的唯像本构方程。多尺度模拟研究中,建立了四种不同的细观泡孔单元,模拟了四种细观泡孔单元在准静态单轴压缩条件下的力学响应。模拟结果表明,四种细观泡孔单元均具有典型的超弹性力学特性,不同泡孔构型能造成细观模型力学响应的显著差异,四种细观泡孔单元中应力最大差值超过300%。细观模型的力学性能通过数据传递机制传输到均匀化的宏观模型后,采用有限元方法对宏观模型进行数值模拟。结果表明:宏观模型具有典型的超弹性力学特性,不同的细观泡孔构型能导致宏观模型力学响应的显著差异,其中应力最大差值超过300%。

关键词：有限元准静态单轴压缩硅橡胶泡沫多尺度模拟

加载面曲率对柔性压磁材料薄片力学性能的影响

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机械强度 2016年第5期38卷 1016-1020页

作者：尹益辉吴菊英王沪毅高洋中国工程物理研究院总体工程研究所绵阳621900

在曲率较大的柱形或球形凸、凹接触界面之间的压力测量过程中,一般会将测试前呈平直薄片的柔性传感器敏感元压至与被测表面面型一致,这样就会因敏感元自身面型变化而引入测量误差。这是这类接触界面压力测量传感器研制中必须关注的问题... 详细信息

在曲率较大的柱形或球形凸、凹接触界面之间的压力测量过程中,一般会将测试前呈平直薄片的柔性传感器敏感元压至与被测表面面型一致,这样就会因敏感元自身面型变化而引入测量误差。这是这类接触界面压力测量传感器研制中必须关注的问题。针对这一背景,以圆柱形接触界面为例,采用作者以前建立的含柔性泡沫元件组合结构的近似数值分析方法,建立凸圆柱面-柔性压磁材料薄片-凹圆柱面的有限元模型,通过数值模拟和相应实验,得到了不同曲率圆柱面加载下柔性压磁敏感材料薄片所受轴向压缩应力与轴向压缩应变之间的关系。结果表明,加载面曲率越小,应力-应变曲线的近似线性段的斜率就越大,在加载面曲率半径大于20 mm时,其影响基本可以忽略。该结果对于将柔性压磁敏感材料薄片作为敏感元开发大曲率柱形或球形接触界面之间的压力测量传感器具有理论指导意义。

关键词：接触界面曲率柔性压磁敏感材料力学特性传感器敏感元柱面形接触界面压力传感器

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高压管道黄土塌陷情况下的力学分析与计算

油气储运 2004年第4期23卷 6-8页

作者：王峰会赵新伟王沪毅西北工业大学工程力学系西安石油管材研究所

根据Winkler线性理论 ,建立了黄土塌陷时管道与土相互作用的力学模型。考虑了管道自重、内压、上方黄土和黄土的内聚力等对管道的作用 ,计算了不同长度管道的应力分布。

关键词：高压管道内聚力黄土高原土地塌陷有限元计算模型支撑力

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硅橡胶泡孔材料在压缩条件下的多尺度模拟

材料科学与工程学报 2014年第3期32卷 376-379,348页

作者：王沪毅胡文军杨玉明中国工程物理研究院总体工程研究所四川绵阳621999

本文基于多尺度方法,研究硅橡胶泡孔材料在压缩条件下的力学行为。首先对基体材料即硅橡胶进行单轴压缩试验,拟合试验数据并得到基体材料的唯象本构关系。据此模拟细观胞元结构的单轴压缩过程,并将模拟所得的应力应变关系植入均匀化后... 详细信息

本文基于多尺度方法,研究硅橡胶泡孔材料在压缩条件下的力学行为。首先对基体材料即硅橡胶进行单轴压缩试验,拟合试验数据并得到基体材料的唯象本构关系。据此模拟细观胞元结构的单轴压缩过程,并将模拟所得的应力应变关系植入均匀化后的宏观有限元模型。结果表明宏观模型的有模元模拟结果与两组泡孔材料的试验数据均吻合良好。本文分析了误差产生的原因,并说明随着试样孔隙率的增加,模拟结果与试验数据之间的误差增大。最后,本文预测了不同孔隙率的硅橡胶泡孔材料在压缩条件下的应力-应变关系。本研究中采用的多尺度方法计算效率高,且适用于任意泡孔形状和泡孔密度的聚合物多孔材料。

关键词：多尺度硅橡胶泡孔材料压缩

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各向异性三层材料中位错引起的应力场的研究

各向异性三层材料中位错引起的应力场的研究