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矩形受剪切空间褶皱薄膜弹性应变能和主应力有限元分析

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空间结构 2020年第2期26卷 3-10页

作者：肖潇章桥关富玲南华大学土木工程学院湖南衡阳421001 南华大学长三角(诸暨)研究院有限公司浙江诸暨311800 浙江大学空间结构研究中心浙江杭州310058

薄膜因其厚度薄、抗弯刚度小,当外载荷产生的压应力超过临界压应力时,会出现局部屈曲现象而形成褶皱.褶皱的出现不仅会影响薄膜结构的表面精度,还会改变结构的应力分布状态,进而影响结构的静力和动力特性.研究褶皱的影响因素及其机理,... 详细信息

薄膜因其厚度薄、抗弯刚度小,当外载荷产生的压应力超过临界压应力时,会出现局部屈曲现象而形成褶皱.褶皱的出现不仅会影响薄膜结构的表面精度,还会改变结构的应力分布状态,进而影响结构的静力和动力特性.研究褶皱的影响因素及其机理,对准确预测薄膜褶皱变形、有效控制或消除褶皱变形,具有重要的意义.本文对矩形受剪切空间薄膜的褶皱进行数值分析.首先,运用非线性屈曲法、直接干扰法以及显式动力法分别对薄膜结构的褶皱进行分析,研究褶皱的数量、褶皱的几何信息与分布情况,并通过与实验结果的对比,验证数值分析方法的正确性.其次,在非线性屈曲法、直接干扰法和显式动力法中选取最合适的方法,以非线性有限元软件ABAQUS为平台,在不同网格密度、不同膜材厚度和不同加载条件下对矩形薄膜受剪切褶皱进行进一步分析,以分析薄膜结构的能量和应力分布,具体包括应变能密度分布、整个薄膜所具有的能量以及主应力分布情况.本研究可为空间薄膜结构褶皱的进一步研究、薄膜结构膜材的选择以及形状控制等提供参考.

关键词：空间薄膜结构褶皱有限元分析弹性应变能主应力分布

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含瓦斯煤弹性应变能计算新方法研究

地下空间与工程学报 2019年第1期15卷 101-107页

作者：胡祖祥徐小奔郝学安徽理工大学煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室安徽淮南232001 安徽理工大学能源与安全学院安徽淮南232001

为了探索含瓦斯煤破坏时释放弹性应变能的科学计算方法,针对硬岩与含瓦斯煤力学特征的差异,理论分析了常用冲击倾向性指标法计算弹性应变能的局限性。基于含瓦斯煤扩容力学特性,提出了以扩容临界点为界限,依据应力-体积应变曲线与横坐... 详细信息

为了探索含瓦斯煤破坏时释放弹性应变能的科学计算方法,针对硬岩与含瓦斯煤力学特征的差异,理论分析了常用冲击倾向性指标法计算弹性应变能的局限性。基于含瓦斯煤扩容力学特性,提出了以扩容临界点为界限,依据应力-体积应变曲线与横坐标轴围成的面积计算含瓦斯煤弹性应变能的新方法,并分别对硬岩和含瓦斯煤弹性应变能计算分析。结果表明,对于硬岩,常用冲击倾向性指标法和新方法计算结果基本一致,验证了本文提出的新方法的科学性;对于含瓦斯煤,常用冲击倾向性指标方法计算值远远大于新方法计算值。本文提出的"应力-体积应变"弹性应变能计算方法更能反映含瓦斯煤加载过程变形特征,为煤矿动力灾害的防控研究提供理论依据。

关键词：含瓦斯煤弹性应变能冲击倾向性指标法应力-体积应变曲线扩容临界点

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基于弹性应变能的深埋硬岩隧道岩爆研究

隧道建设（中英文） 2018年第11期38卷 1822-1829页

作者：徐汪豪陶力铭徐晨方勇张睿唐协西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室四川成都610031 中铁第四勘察设计院集团有限公司湖北武汉430063 四川川交路桥有限责任公司四川广汉618300 四川省交通运输厅公路规划勘察设计研究院四川成都610041

隧道掘进引起的应力调整会导致围岩的弹性应变能分布发生改变,其中弹性应变能大幅跃升区域的围岩发生岩爆的可能性极高。依托米仓山特长隧道,采用三维数值模拟手段,基于弹性应变能理论研究了隧道掘进过程中弹性应变能的变化规律。研究... 详细信息

隧道掘进引起的应力调整会导致围岩的弹性应变能分布发生改变,其中弹性应变能大幅跃升区域的围岩发生岩爆的可能性极高。依托米仓山特长隧道,采用三维数值模拟手段,基于弹性应变能理论研究了隧道掘进过程中弹性应变能的变化规律。研究结果表明:在高地应力条件下隧道掘进会导致明显的卸荷作用,引起围岩应力的重分布,从而导致掌子面附近区域弹性应变能剧烈改变,其中掌子面及其前方7 m范围内围岩的弹性应变能呈现下降趋势,掌子面后方围岩弹性应变能呈现增加趋势;拱顶部位弹性应变能增加幅度为3. 56倍、边墙部位弹性应变能增加幅度为3. 73倍、基底部位弹性应变能增加幅度为4. 66倍,存在发生岩爆的可能。

关键词：深埋硬岩隧道岩爆高地应力弹性应变能数值模拟米仓山特长隧道

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煤厚变化处弹性应变能分布规律及影响因素

煤矿安全 2015年第6期46卷 187-189页

作者：沈腾飞顾士坦雷瑞德肖治民山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地山东青岛266590 山东科技大学矿业与安全工程学院山东青岛266590

采用FLAC3D软件,模拟煤层厚度在10 m长度范围内从5 m变为1 m时,煤层厚度变化处弹性应变能分布规律,并且对其影响因素进行了分析。结果表明:在煤层变薄地区弹性应变能会增大,而在煤层变厚地区弹性应变能会减小,并且当煤层弹性模量越小,... 详细信息

采用FLAC3D软件,模拟煤层厚度在10 m长度范围内从5 m变为1 m时,煤层厚度变化处弹性应变能分布规律,并且对其影响因素进行了分析。结果表明:在煤层变薄地区弹性应变能会增大,而在煤层变厚地区弹性应变能会减小,并且当煤层弹性模量越小,煤层顶底板越坚硬及煤层厚度变化越剧烈时,这一现象越为明显。

关键词：煤层厚度弹性应变能分布规律数值模拟弹性模量冲击地压

基于弹性应变能M-C强度准则的修正及工程应用研究

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基于弹性应变能M-C强度准则的修正及工程应用研究

作者：黄武峰贵州大学

学位级别：硕士

Mohr-Coulomb强度准则是岩土类材料众多强度准则中应用最广泛,受争议最多的一种。结合热力学研究,从弹性应变能的角度对Mohr-Coulomb强度准则进行了初步的研究。具体工作如下:(1)基于能量耗散与释放原理研究M-C强度准则,M-C准则认为材... 详细信息

Mohr-Coulomb强度准则是岩土类材料众多强度准则中应用最广泛,受争议最多的一种。结合热力学研究,从弹性应变能的角度对Mohr-Coulomb强度准则进行了初步的研究。具体工作如下:(1)基于能量耗散与释放原理研究M-C强度准则,M-C准则认为材料的屈服时的泊松比恒等于0.5,且M-C准则未考虑到中间主应力的影响,这可能违背了热力学第一定律。(2)基于弹性应变能释放是材料屈服的基本原理,提出广义应力偏量第二不变量的概念,从能量角度分析M-C强度准则的物理意义,提出广义Mohr-Coulomb强度准则。(3)当泊松比为0.5时,广义M-C强度准则蜕化为M-C强度准则。该准则突破了材料破坏时泊松比恒为0.5的假设。(4)基于三轴、真三轴试验研究,分别以花岗岩、红砂岩、白云岩、岩盐试验数据验证广义M-C强度准则理论计算精度。结果表明:广义M-C强度准则计算精度高于M-C强度准则和D-P强度准则。花岗岩、红砂岩、白云岩、岩盐的计算平均误差分别为0.05、0.03、0.03、0.03。(5)以数值模拟软件FLAC为基础,用VC++语言在visual studio 2010编译器中对自定义本构模型进行二次开发,将广义M-C强度准则嵌入到FLAC中,最后成功调用并运行自定义本构模型。在FLAC中模拟一个边坡模型,由于M-C强度准则未考虑到中间主应力的影响而计算偏于保守,广义M-C强度准则计算边坡安全系数略大于M-C强度准则。验证了广义M-C强度准则的精度和工程适用性。

关键词：弹性应变能强度准则 M-C强度准则广义M-C强度准则广义应力偏量第二不变量

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硬岩脆性指标与弹性应变能关系初探

哈尔滨工业大学学报 2019年第6期51卷 79-88页

作者：张英郭奇峰蔡美峰任奋华北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室(北京科技大学) 北京100083

为探讨硬岩脆性指标与弹性应变能之间的关系,采用侧向应变差法确定起裂应力,以岩石起裂应力和峰值强度为桥梁,基于断裂力学理论和能量理论解释了脆性指标与弹性应变能内在的联系,并从两种岩石单轴压缩试验中构建了脆性指标与弹性应变能... 详细信息

为探讨硬岩脆性指标与弹性应变能之间的关系,采用侧向应变差法确定起裂应力,以岩石起裂应力和峰值强度为桥梁,基于断裂力学理论和能量理论解释了脆性指标与弹性应变能内在的联系,并从两种岩石单轴压缩试验中构建了脆性指标与弹性应变能之间的函数关系.结果表明:脆性指标B_(13)、B_(14)与起裂弹性应变能(单变量)符合幂函数关系,脆性指标B_(15)、B_(16)与起裂弹性应变能(单变量)符合幂函数或线性函数关系,脆性指标B_(13)、B_(14)、B_(15)和B_(16)与峰值弹性应变能(单变量)之间无明显函数关系;新定义的脆性指标可由起裂和峰值弹性应变能(双变量)获得,或由起裂弹性应变能(单变量)获得,脆性指标与峰值弹性应变能关系式的构建,对于研究岩爆倾向性具有重要意义;根据新定义的脆性指标,利用两种岩石算例验证表明,采用起裂弹性应变能的岩石脆性指标计算方法具有一定的可靠性.通过这一研究,为岩石脆性指标与起裂弹性应变能关系的确定提供了一种新方法.

关键词：硬岩脆性指标弹性应变能单轴压缩试验函数关系

含弹性应变能的各向异性相场模型的指数时间差分方法

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数据与计算发展前沿 2020年第3期2卷 113-125页

作者：王姗姗张鉴中国科学院计算机网络信息中心北京100190 中国科学院大学北京100049

【目的】材料微结构中界面能异性和弹性应变能是产生各向异性的主要因素,本文主要研究含弹性应变能的各向异性相场模型的紧致指数时间差分方法。【方法】在紧致指数时间差分方法框架下引入了界面能异性和弹性应变能的计算,将界面能异性... 详细信息

【目的】材料微结构中界面能异性和弹性应变能是产生各向异性的主要因素,本文主要研究含弹性应变能的各向异性相场模型的紧致指数时间差分方法。【方法】在紧致指数时间差分方法框架下引入了界面能异性和弹性应变能的计算,将界面能异性和弹性应变能归于指数时间差分方法的非线性项统一处理,为二者设计了算子分裂格式。【结果】从数学上证明了算子分裂格式能够保证能量稳定,并进行了镍基合金以及Zr的氢化物的材料腐蚀相场模型的数值实验,验证了含弹性应变能的各向异性相场模型的指数时间差分方法的能量稳定性。【局限】本文仅得到了指数时间差分方法的一阶和二阶求解格式,更高阶的求解格式有待进一步探索。【结论】设计了能量稳定的含弹性应变能的各向异性相场模型的指数时间差分方法。

关键词：相场模型紧致指数时间差分方法界面能异性弹性应变能

基于弹性应变能的深埋硬脆围岩隧道岩爆防治措施探究

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四川建筑 2023年第6期43卷 136-138页

作者：马志国张佳瑞四川川交路桥有限责任公司四川广汉618300 四川乐汉高速有限责任公司四川乐山614000

以大峡谷高地应力隧道为工程背景,结合有限元软件MIDAS和有限差分软件FLAC3D,建立了三维数值计算模型,模拟了隧道开挖全过程,研究了在有无超前应力释放孔下掌子面开挖前后围岩弹性应变能的分布规律,并探究弹性应变能的积累和释放对岩体... 详细信息

以大峡谷高地应力隧道为工程背景,结合有限元软件MIDAS和有限差分软件FLAC3D,建立了三维数值计算模型,模拟了隧道开挖全过程,研究了在有无超前应力释放孔下掌子面开挖前后围岩弹性应变能的分布规律,并探究弹性应变能的积累和释放对岩体的影响情况。计算结果表明:隧道开挖后拱顶位置的应变能积聚程度较高,岩体相较于其它区域劣化程度更高,同时与拱肩之间形成能量突变区域,发生岩爆的风险更高;超前应力释放孔钻孔施工之后,掌子面最大应变能降低了19.48%,有效降低了掌子面的能量集中情况,减小岩爆风险,研究结果可为类似工程提供一定的参考价值。

关键词：高地应力硬岩隧道岩爆倾向弹性应变能

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基于弹性应变能的岩石损伤统计本构模型

采矿技术 2020年第6期20卷 23-26页

作者：蒋建国卢雪峰杨前冬陈建行贵州大学土木工程学院贵州贵阳550025

统计损伤力学是依据岩石试验全应力-应变曲线的几何特征,反推出岩石本构关系数学表达式的有效手段。能量是物质物理过程的本质属性,岩石破坏是能量驱动下的一种状态失稳现象。假定岩石微元强度服从幂函数分布,将可释放弹性应变能作为岩... 详细信息

统计损伤力学是依据岩石试验全应力-应变曲线的几何特征,反推出岩石本构关系数学表达式的有效手段。能量是物质物理过程的本质属性,岩石破坏是能量驱动下的一种状态失稳现象。假定岩石微元强度服从幂函数分布,将可释放弹性应变能作为岩石微元统计分布变量,根据Lemaitre应变假说,经过严格数学推导,得出岩石在三维条件下的损伤统计本构模型,并利用试验数据对模型进行验证。结果表明,模型理论曲线与试验曲线具有较高的吻合度,峰值前的吻合度最佳,证明了该模型的合理性和可行性。

关键词：岩石力学损伤本构模型弹性应变能