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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

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岩土力学 2015年第10期36卷 2804-2814页

作者：袁小清刘红岩刘京平中国地质大学(北京)工程技术学院北京100083 西藏大学工学院西藏拉萨850000

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... 详细信息

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。

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

2D-SiC/SiC复合材料损伤耦合力学行为

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材料工程 2019年第10期47卷 160-165页

作者：郭洪宝谢骏中国航发商用航空发动机有限责任公司上海201108 上海商用飞机发动机工程技术研究中心上海201108

基于轴向和45°偏轴加载实验,分别获得2D-SiC/SiC复合材料在单一轴向应力和复合应力状态下纤维束轴向方向上的拉伸、压缩和面内剪切应力-应变行为,计算分析材料在复合应力状态下的损伤耦合力学行为。结果表明,在45°偏轴拉伸和压缩复合... 详细信息

基于轴向和45°偏轴加载实验,分别获得2D-SiC/SiC复合材料在单一轴向应力和复合应力状态下纤维束轴向方向上的拉伸、压缩和面内剪切应力-应变行为,计算分析材料在复合应力状态下的损伤耦合力学行为。结果表明,在45°偏轴拉伸和压缩复合应力状态下材料损伤耦合力学行为的起始应力分别约为40MPa和-100MPa。复合应力状态下材料纤维束轴向方向上的拉伸损伤和面内剪切损伤进程间具有相互促进作用,面内剪切损伤对压缩损伤进程具有促进作用,但是压缩应力分量对面内剪切损伤进程具有明显的抑制作用;上述损伤耦合作用随着应力水平的增加而越发显著。由试件断口电镜扫描结果可知,复合应力状态下材料纤维束轴向方向上3个应力分量对材料内部0°/90°和45°3种取向基体裂纹开裂损伤进程的影响作用,是2D-SiC/SiC复合材料产生损伤耦合力学行为的主要细观损伤机制。

关键词： 2D-SiC/SiC复合材料应力-应变行为复合应力状态损伤耦合

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界面损伤耦合和阻滑/助滑对断裂行为的影响

界面损伤耦合和阻滑/助滑对断裂行为的影响

组合加载条件下C/SiC复合材料的损伤耦合行为研究

第十八届全国疲劳与断裂学术会议

作者：熊涛郭运坤李永东中国人民解放军装甲兵工程学院

在苛刻环境中长期工作之后,多铁性复合材料界面可能会产生力、电、磁损伤而成为弱界面。现有文献将传统弱界面的线弹簧模型拓展到压电、压磁领域,建立了广义线弹簧模型,用于描述上述三类损伤。然而,广义线弹簧模型存在如下两方面不足:首... 详细信息

在苛刻环境中长期工作之后,多铁性复合材料界面可能会产生力、电、磁损伤而成为弱界面。现有文献将传统弱界面的线弹簧模型拓展到压电、压磁领域,建立了广义线弹簧模型,用于描述上述三类损伤。然而,广义线弹簧模型存在如下两方面不足:首先,它假设力、电、磁损伤各自独立地服从线弹簧规律。该假设违背了多铁性复合材料力、电、磁三场两两耦合的物理本质,因为这种两两耦合内在地决定了力、电、磁损伤不可能相互独立地发生和发展。因此,在描述多铁性复合材料弱界面时,有必要考虑三类损伤的耦合关系。其次,广义线弹簧模型在描述滑动弱界面时也存在不足。由于该模型仅给出了界面广义应力与广义位错之间的关系,未涉及界面正应力与切应力之间的关系,因此,不能反映正应力对界面滑动的影响。针对上述情况,本文分别建立了多铁性复合材料弱界面的两个新模型:界面损伤耦合模型和界面阻滑/助滑模型。在此基础上,将两个新模型分别应用于压电/压磁双材料断裂力学分析,研究了界面损伤耦合和界面阻滑/助滑对断裂行为的影响规律。在含耦合弱界面的压电/压磁双材料断裂分析中,得到了四方面结论:（1）机械损伤会增大断裂参数值;在张开型和滑开型两种机械损伤中,前者的影响居于主导;（2）在力-磁/力-电损伤耦合存在时,界面的磁/电损伤会降低断裂参数值;耦合越强,磁/电损伤的影响越显著;（3）增强力-磁/力-电损伤耦合会降低断裂参数值;（4）磁-电损伤耦合对反平面裂纹无影响;但是,若力-磁、力-电损伤耦合同时存在,则磁-电损伤耦合会增大平面裂纹的断裂参数值。在含滑动界面的压电/压磁双材料断裂分析中,也得到了四方面结论:（1）当材料仅受面内剪切载荷作用时,在靠近裂纹尖端的局部界面区域内会产生非零的正应力;（2）正的界面正应力会引起局部促滑效应,而负的界面正应力则会引起局部阻滑效应;（3）增大促滑系数会降低界面的局部约束,从而使附近裂纹尖端的断裂参数值增大;而增大阻滑系数会强化界面的局部约束,从而降低附近裂纹尖端的断裂参数值;（4）减小界面剪切损伤会强化界面约束,从而降低附近裂纹的断裂参数值;然而,界面约束越强,则界面越难滑动,从而会减弱界面局部促滑与阻滑效应,而这又会进一步影响附近裂纹的断裂参数值。所以,界面剪切损伤、局部阻滑、局部促滑是影响滑动界面附近裂纹断裂行为的主要因素。

关键词：界面损伤损伤耦合界面滑动断裂多铁性复合材料

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组合加载条件下C/SiC复合材料的损伤耦合行为研究

中国力学学会学术大会'2009

作者：常岩军矫桂琼张克实胡桂娟张静石艳柯广西大学土木建筑工程学院西北工业大学力学与土木建筑学院

通过对C/SiC陶瓷基复合材料非线性力学行为的分析,采用连续损伤力学方法,把材料的非弹性应变看作损伤残余应变,引入损伤等向硬化和运动硬化共同描述了材料损伤的演化规律,建立了该材料的各向异性损伤本构模型,并对不同加载路径下材料的... 详细信息

通过对C/SiC陶瓷基复合材料非线性力学行为的分析,采用连续损伤力学方法,把材料的非弹性应变看作损伤残余应变,引入损伤等向硬化和运动硬化共同描述了材料损伤的演化规律,建立了该材料的各向异性损伤本构模型,并对不同加载路径下材料的损伤耦合演化行为进行了

关键词： C/SiC陶瓷基复合材料损伤本构模型损伤耦合组合加载

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冻融荷载耦合作用下节理岩体损伤本构模型

岩石力学与工程学报 2015年第8期34卷 1602-1611页

作者：袁小清刘红岩刘京平中国地质大学工程技术学院北京100083 西藏大学工学院西藏拉萨850000

针对寒区节理岩体,提出冻融细观损伤,受荷细观损伤与节理宏观损伤的概念。基于Lemaitre应变等效假设,推导冻融受荷条件下考虑节理岩体宏细观缺陷耦合的复合损伤变量。以完整岩石的初始损伤状态作为基准损伤状态,建立节理岩体冻融受荷损... 详细信息

针对寒区节理岩体,提出冻融细观损伤,受荷细观损伤与节理宏观损伤的概念。基于Lemaitre应变等效假设,推导冻融受荷条件下考虑节理岩体宏细观缺陷耦合的复合损伤变量。以完整岩石的初始损伤状态作为基准损伤状态,建立节理岩体冻融受荷损伤本构模型,引用试验资料对模型的合理性进行验证。研究结果表明:(1)岩石在冻融循环过程中引起的细观损伤是一个周期性疲劳破坏的过程,冻融细观损伤随冻融次数近似线性增加,单次冻融循环对岩石造成的损伤较小,为局部损伤;岩石在受荷过程中引起的细观损伤随应变的演化率呈不均匀分布,峰值应变处受荷损伤演化率最大。(2)预制节理对岩石造成的宏观损伤具有明显各向异性,随冻融循环次数的增加,节理岩样的宏观各向异性有所弱化,弱化程度同节理性质和冻融循环次数有关。(3)寒区受荷节理岩体的力学性能由冻融细观损伤,受荷细观损伤与节理宏观损伤及其耦合效应所决定,节理岩体冻融受荷复合损伤变量可以较好地反映节理岩体的抗冻性能。

关键词：岩石力学节理岩体冻融荷载宏观缺陷细观缺陷损伤耦合本构模型

基于宏观和细观缺陷耦合的节理岩体损伤本构模型

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中南大学学报（自然科学版） 2015年第4期46卷 1489-1496页

作者：赵怡晴刘红岩吕淑然张力民北京科技大学土木与环境工程学院北京100083 中国地质大学(北京)工程技术学院北京100083 西藏大学工学院西藏拉萨850000 中国地质大学(北京)国土资源部深部地质钻探技术重点实验室北京100083 首都经济贸易大学安全与环境工程学院北京100026 河北承德钢铁公司河北承德067000

提出考虑宏观和细观缺陷耦合的节理岩体损伤本构模型。首先介绍仅考虑微裂纹等细观缺陷影响的岩石损伤本构模型及仅考虑节理等宏观缺陷影响的岩体损伤本构模型,其次基于Lemaitre应变等效假设,推导考虑宏观和细观缺陷耦合的复合损伤变量... 详细信息

提出考虑宏观和细观缺陷耦合的节理岩体损伤本构模型。首先介绍仅考虑微裂纹等细观缺陷影响的岩石损伤本构模型及仅考虑节理等宏观缺陷影响的岩体损伤本构模型,其次基于Lemaitre应变等效假设,推导考虑宏观和细观缺陷耦合的复合损伤变量,从而建立基于宏观和细观缺陷耦合的节理岩体损伤本构模型,最后通过引用岩石单轴压缩试验资料对模型合理性进行验证。研究结果表明:该模型能够较好地同时反映宏观和细观缺陷对岩体应力应变曲线的影响。同时采用该模型对含不同倾角的单节理岩体和含多条平行节理的岩体在单轴压缩荷载下的应力应变曲线进行分析,所得结果与相关文献中的试验及理论结果具有很好的一致性,说明了该模型的合理性。

关键词：节理岩体损伤本构模型宏观缺陷细观缺陷损伤耦合

冻融荷载耦合作用下含开口裂隙砂岩宏细观损伤模型研究

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岩石力学与工程学报 2023年第5期42卷 1124-1135页

作者：吕思清朱杰兵汪斌祝永锁长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室湖北武汉430010

开展宏细观尺度的岩石损伤演化规律是评价冻岩力学性质劣化过程的基础。以含开口裂隙砂岩为对象,从开口裂隙体积的角度,基于称重法提出宏观损伤变量的计算方法;结合长期冻融循环下岩样成分及物理力学性质变化特性,对张开孔隙率之差进行... 详细信息

开展宏细观尺度的岩石损伤演化规律是评价冻岩力学性质劣化过程的基础。以含开口裂隙砂岩为对象,从开口裂隙体积的角度,基于称重法提出宏观损伤变量的计算方法;结合长期冻融循环下岩样成分及物理力学性质变化特性,对张开孔隙率之差进行了合理修正,由此得到冻融作用下的细观损伤变量;考虑荷载作用下初始孔隙、裂隙压密的特点,采用统计损伤力学理论,建立荷载作用下细观损伤变量计算模型;并通过基于Lemaitre应变等效假设的宏细观总损伤计算方法,计算得到宏细观耦合总损伤;根据推广后的应变等价原理,构建了考虑初始压密段影响的总损伤本构模型。为了验证模型的合理性,采用预制的含0°,30°,45°,60°,90°倾角的裂隙砂岩岩样和完整砂岩岩样,开展多次冻融循环后的物理力学性质试验。研究结果表明:冻融循环次数较少时,冻融损伤变量增长较快,冻融损伤变量随循环次数的增加逐渐趋于稳定并缓慢增加;裂隙倾角对砂岩岩样内部微孔隙、微裂隙的扩展影响表现为损伤变量的增速不同,含45°倾角岩样的冻融损伤变量增速最大,冻胀力引起含45°倾角岩样的微孔隙、微裂隙扩展速率最快;细观总损伤模型和宏细观耦合总损伤模型曲线演化规律趋于一致,冻融荷载耦合作用为该次试验砂岩岩样损伤劣化的主要来源;峰值应力处应变的宏细观总损伤试验值与理论计算值变化趋势相近,提出的理论模型可较为合理地描述含裂隙砂岩的损伤劣化机制。

关键词：岩石力学开口裂隙冻融循环初始孔隙荷载作用损伤耦合本构模型

碳纳米管/碳纤维增强复合材料层合板低速冲击响应和破坏的数值模拟

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爆炸与冲击 2022年第3期42卷 22-33页

作者：王敏文鹤鸣中国科学技术大学中国科学院材料力学行为和设计重点实验室安徽合肥230026

碳纳米管/碳纤维增强复合材料(carbon nanotube/carbon fibre reinforced plastic,CNT/CFRP)是一种多尺度复合材料,比传统CFRP有更好的综合性能和更广阔的应用前景。对CNT/CFRP在低速冲击下的响应和破坏进行了数值模拟研究。首先,基于... 详细信息

碳纳米管/碳纤维增强复合材料(carbon nanotube/carbon fibre reinforced plastic,CNT/CFRP)是一种多尺度复合材料,比传统CFRP有更好的综合性能和更广阔的应用前景。对CNT/CFRP在低速冲击下的响应和破坏进行了数值模拟研究。首先,基于先前的研究通过引入基体增韧因子、残余强度因子并改进损伤耦合方程,建立了新的FRP动态渐进损伤模型;然后,利用新建立的本构模型并结合黏结层损伤模型,对4种碳纳米管含量的增韧碳纤维增强树脂基复合材料层合板在5个能量下的冲击实验进行了数值模拟;最后,将模拟结果与文献中的相关实验结果进行了比较,并讨论了冲击速度的影响。结果表明:新建立的FRP本构模型能够预测CNT/CFRP层合板在低速冲击载荷作用下的响应、破坏过程和分层形貌,模拟得到的载荷-位移曲线和破坏形貌与实验吻合较好;冲击速度会影响CNT/CFRP层合板拉伸和压缩破坏的比例,相同的冲击能量下,更大的冲击速度会造成更多的拉伸破坏。

关键词：碳纤维增强复合材料层碳纳米管动态渐进损伤模型黏结单元模型基体增韧因子残余强度因子损伤耦合冲击载荷

基于TCK模型的非贯通节理岩体动态损伤本构模型

同方期刊数据库博看期刊评论

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爆炸与冲击 2016年第3期36卷 319-325页

作者：刘红岩杨艳李俊峰张力民中国地质大学(北京)工程技术学院北京100083 西藏大学工学院西藏拉萨850000 黄淮学院建筑工程学院河南驻马店463000 北京科技大学土木与环境工程学院北京100083 河北承德钢铁公司河北承德067000

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... 详细信息

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。

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