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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

基于应变能理论的全陶瓷球轴承外圈亚表面细观缺陷尺度识别研究

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北京航空航天大学学报 2024年

作者：白晓天张赵南石怀涛张啸尘沈阳建筑大学机械工程学院

针对全陶瓷球轴承外圈内部存在亚毫米级甚至毫米级的细观缺陷，而传统钢制轴承外圈缺陷动力学模型无法表征的问题，基于应变能理论建立了针对全陶瓷球轴承外圈亚表面细观缺陷识别的动力学模型，研究了细观缺陷尺度下不同缺陷深度对全陶... 详细信息

针对全陶瓷球轴承外圈内部存在亚毫米级甚至毫米级的细观缺陷，而传统钢制轴承外圈缺陷动力学模型无法表征的问题，基于应变能理论建立了针对全陶瓷球轴承外圈亚表面细观缺陷识别的动力学模型，研究了细观缺陷尺度下不同缺陷深度对全陶瓷球轴承外圈运行状态的影响，通过仿真，证实了当轴承外圈亚表面存在细观缺陷时，振动时域信号中会存在小波峰现象，在频域信号中转频附近存在与其对应的特征频率，以EMD三阶分量幅值正向最大值与其对应的转频峰值的比值判断缺陷演化程度，最后通过实验验证了所建模型的有效性。该模型实现了对全陶瓷球轴承外圈是否存在亚表面细观缺陷以及缺陷演化程度的判断，为全陶瓷球轴承的缺陷诊断提供了新的思路，为全陶瓷轴承转子系统的安全稳定运转提供理论参考。

关键词：全陶瓷球轴承细观缺陷动力学建模应变能理论

含细观缺陷固体推进剂非冲击点火性能研究进展

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兵器装备工程学报 2024年第7期45卷 217-223页

作者：张晓婧郁红陶西安工业大学机电工程学院西安710021

含有细观缺陷(微裂纹、微孔洞)的固体推进剂在受到低压长脉冲的载荷时可能发生意外起爆事故,严重影响着固体推进剂的安全性。从固体推进剂的点火机理出发,综述了固体推进剂中细观缺陷观测实验与表征方法及非冲击点火试验;梳理了含细观... 详细信息

含有细观缺陷(微裂纹、微孔洞)的固体推进剂在受到低压长脉冲的载荷时可能发生意外起爆事故,严重影响着固体推进剂的安全性。从固体推进剂的点火机理出发,综述了固体推进剂中细观缺陷观测实验与表征方法及非冲击点火试验;梳理了含细观缺陷固体推进剂非冲击点火数值模拟的相关研究手段及成果;并基于固体推进剂内细观缺陷类型,系统地总结了细观缺陷对固体推进剂非冲击点火性能的影响,对含细观缺陷固体推进剂非冲击点火性能的数值模拟研究及非冲击点火的试验设备发展作了展望。

关键词：固体推进剂细观缺陷表征方法非冲击点火数值模拟

基于TCK模型的非贯通节理岩体动态损伤本构模型

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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

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混凝土缺陷研究综述

混凝土 2009年第10期 16-18,23页

作者：丁道红章青河海大学工程力学系江苏南京210098

混凝土以其抗压强度高、耐久性能好和可塑性强等优点,在实际生产生活中得到广泛应用,但由于其组成材料的特殊性以及施工过程的复杂性使得其存在一定的缺陷。根据混凝土缺陷的特征和特征尺寸将混凝土缺陷分为宏观缺陷、细观缺陷和微观缺... 详细信息

混凝土以其抗压强度高、耐久性能好和可塑性强等优点,在实际生产生活中得到广泛应用,但由于其组成材料的特殊性以及施工过程的复杂性使得其存在一定的缺陷。根据混凝土缺陷的特征和特征尺寸将混凝土缺陷分为宏观缺陷、细观缺陷和微观缺陷,介绍了混凝土缺陷常用的检测方法、研究方法等,提出应从改进施工技术、改进混凝土材料等方面来降低混凝土缺陷出现的概率。

关键词：混凝土缺陷宏观缺陷细观缺陷微观缺陷

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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

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岩体内应力波传播的研究进展与展望

北京工业大学学报 2021年第7期47卷 802-814页

作者：王梦范立峰北京工业大学城市建设学部北京100124

岩体动态力学行为和应力波传播特性是岩体工程动态稳定性分析的关键科学问题之一.天然岩体内广泛存在着从细观缺陷到宏观节理等不同尺度的不连续结构面,影响应力波的传播,导致应力波能量的衰减.岩体内的细观缺陷和宏观节理对应力波传播... 详细信息

岩体动态力学行为和应力波传播特性是岩体工程动态稳定性分析的关键科学问题之一.天然岩体内广泛存在着从细观缺陷到宏观节理等不同尺度的不连续结构面,影响应力波的传播,导致应力波能量的衰减.岩体内的细观缺陷和宏观节理对应力波传播的影响具有不同的作用机理,充分认识不同尺度的不连续面对应力波传播规律的影响对岩体工程动态稳定性分析具有重要意义.首先,分析了应力波在细观缺陷岩体内的衰减机制,详细介绍了研究细观缺陷岩体内应力波传播的波散射方法、等效弹性模量方法、等效黏弹性连续介质方法,对比总结了这些方法的适用性及优缺点.其次,分析了应力波在宏观节理岩体内的透、反射机制,系统介绍了研究宏观节理岩体内应力波传播的位移不连续方法和等效连续介质方法,重点概述了这2种方法的优缺点.再次,总结了双尺度不连续结构面岩体内应力波传播的分析方法,在同一框架内分析了双尺度不连续结构面岩体内应力波的传播规律,阐明了细观缺陷和宏观节理对应力波传播规律的不同作用机理.最后,结合深部岩体工程、极地岩体工程等国家重大项目,展望了应力波分析方法在极端环境下岩体工程稳定性分析中的应用.

关键词：岩体应力波传播衰减细观缺陷宏观节理双尺度不连续

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复合材料热结构孔隙缺陷表征与分形维数评价

强度与环境 2023年第5期50卷 37-42页

作者：张杨刘裕如赵桐万志帅席立肖登宝邢悦卢江仁王晓晖北京理工大学北京100081 国防科技创新研究院北京100071 火箭军工程大学西安710025 北京强度环境研究所北京100076

受制备工艺约束,复合材料热结构内部的基体会存在不可忽视的细观孔隙缺陷。本文基于航天材料及工艺研究所制备的热结构CT图像开发了一种能够识别基体细观缺陷的机器学习模型,通过将注意力机制模块与深度学习框架进行结合,利用注意力机... 详细信息

受制备工艺约束,复合材料热结构内部的基体会存在不可忽视的细观孔隙缺陷。本文基于航天材料及工艺研究所制备的热结构CT图像开发了一种能够识别基体细观缺陷的机器学习模型,通过将注意力机制模块与深度学习框架进行结合,利用注意力机制模块能够关注特定预期分割目标区域的特点,实现对热结构CT图像进行图像分割,试验证实本方法能够识别局部细观孔隙等缺陷,提升图像分割的精度。为了定量分析缺陷的几何形貌,本文提出采用分形维数对其进行表征,最后重点研究热结构制造缺陷的形貌定量分布规律。

关键词：细观缺陷 CT图像图像识别缺陷表征分形维数

基于节理岩体损伤本构模型的FLAC3D二次开发及应用

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基于节理岩体损伤本构模型的FLAC3D二次开发及应用

作者：朱晓鹏中国地质大学(北京)

学位级别：硕士

自然界中的岩体不但含有节理、裂隙等宏观缺陷,而且也含有微孔洞、微裂纹等细观缺陷。在进行岩体的损伤分析时,目前的学者多是把两种缺陷分割开来进行考虑,显然这与实际情况是不符的。节理、裂隙等宏观缺陷是由微裂隙、微孔洞等细观缺... 详细信息

自然界中的岩体不但含有节理、裂隙等宏观缺陷,而且也含有微孔洞、微裂纹等细观缺陷。在进行岩体的损伤分析时,目前的学者多是把两种缺陷分割开来进行考虑,显然这与实际情况是不符的。节理、裂隙等宏观缺陷是由微裂隙、微孔洞等细观缺陷发展演化而来,宏观缺陷的扩展也会产生新的细观缺陷,两种缺陷存在着复杂的相互作用。这就要求我们提出一种能同时反映两种不同尺度缺陷的本构模型。本文以此为出发点开展了以下研究:(1)基于拉应变准则和Weibull分布建立了只考虑细观损伤的岩体损伤本构模型;综合考虑岩体中节理的长度、倾角、条数等物理参数及节理的内摩擦角、节理粘聚力等力学参数建立了含节理等宏观损伤的岩体本构模型;根据Lemaitre应变等效假设,对两种不同类型的损伤的损伤变量进行耦合,得出综合考虑宏细观损伤的耦合损伤本构模型。(2)以岩土模拟软件FLAC3D为基础,用VC++语言对自定义本构模型进行二次开发,生成可供FLAC3D调用的动态链接库文件。自定义本构模型开发过程主要包括基类成员函数的定义、模型的注册、模型与FLAC3D之间的数据传递以及模型状态指示器,最后对自定义本构模型进行加载和运行。(3)在FLAC3D中进行了一个岩石试件的单轴压缩数值试验。当模拟试件中含单条节理时,得出试件的自定义本构模型的应力应变曲线并与理论曲线和摩尔-库伦本构模型的模拟曲线进行对比,验证了自定义本构模型的合理性;当模拟试件含单组节理时,分别改变节理的长度、倾角、条数、内摩擦角,验证这些参数的改变对岩体试件的强度的影响。(4)最后结合一个隧道开挖的工程实例,介绍了隧道的基本情况,建立隧道开挖模型,对隧道开挖过程中的沉降变形进行监测并与实际的监测数据进行对比,进一步验证自定义本构模型的正确性。

关键词：细观缺陷宏观缺陷损伤本构模型二次开发 FLAC3D