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热疲劳-蠕变寿命的能量损伤理论

航空动力学报 1990年第1期5卷 39-42页

作者：熊昌炳北京航空航天大学

本文对发动机热部件在高温下工作寿命大大降低的问题 ,提出一种温度对材料应变能损伤的原理 ,这个理论在估算部件热疲劳 /蠕变交互寿命时 ,包括了弹性能、塑性能和蠕变能量的损伤总合 ;并且在整个过程中 ,随着温度和时间的不断变化 ,对... 详细信息

本文对发动机热部件在高温下工作寿命大大降低的问题 ,提出一种温度对材料应变能损伤的原理 ,这个理论在估算部件热疲劳 /蠕变交互寿命时 ,包括了弹性能、塑性能和蠕变能量的损伤总合 ;并且在整个过程中 ,随着温度和时间的不断变化 ,对各种物性参数进行修正 ,从而更好的逼近真实状态。文中用著名的“应变范围划分法 (SPR)”和“应变能范围划分法 (SEP)”的实验结果与本法的计算数值对比 ,甚为满意。本方法的特点是物理概念清楚 ,运算方便 ,适应性强 ,对一般高温结构强度的寿命估算 ,具有广泛的应用价值。

关键词：热疲劳蠕变寿命能量损伤发动机

环向加固砂岩循环加卸载下力学特性与能量损伤演化分析

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环向加固砂岩循环加卸载下力学特性与能量损伤演化分析

作者：李言墨桂林理工大学

学位级别：硕士

深部岩体在开采过程中面临高应力、高地温、高地压以及扰动等复杂环境因素共同作用,这些复杂环境因素会导致深部岩体出现强烈的应力集中、裂隙扩展、变形增大、破坏加剧等现象,从而使地下巷道或硐室的支护体系失去原有的稳定性和承载能... 详细信息

深部岩体在开采过程中面临高应力、高地温、高地压以及扰动等复杂环境因素共同作用,这些复杂环境因素会导致深部岩体出现强烈的应力集中、裂隙扩展、变形增大、破坏加剧等现象,从而使地下巷道或硐室的支护体系失去原有的稳定性和承载能力,导致巷道或硐室围岩发生大规模的变形和破坏,从而威胁地下工程安全。因此,开展深部锚固岩体的力学特性及能量损伤演化机制的研究对深部地下工程具有重要意义。选取埋深800m巷道围岩,通过CFRP环向加固,近似模拟锚喷支护岩石加固效果。通过对环向加固砂岩进行三轴加载和循环加卸载试验,得到相应应力-应变曲线,对比分析了不同加固方案及不同围压下两种应力路径砂岩的力学特性和能量损伤演化,揭示了CFRP材料的加固机理和能量转化机制,并建立考虑加固效应的三轴能量损伤方程,主要研究结果如下:(1)CFRP环向加固有效地提高了试件的强度变形参数和抗剪强度参数,且随着加固面积的增大而相应提高,加固效果较为理想,合理地避免了锚杆带来的初始损伤。(2)对能量围压效应分析发现,围压对于能量演化影响显著。随着围压的增加,总能量、弹性能、耗散能逐渐递增,说明围压能够很好的增强试件储能能力,提升力学性能,岩石破坏需要更多的能量。(3)随着CFRP加固面积的增大,总能量、弹性能、耗散能均逐渐增大,损伤变量逐渐减小,说明CFRP环向加固能够减少岩体的粒间错位,抑制岩体裂纹和损伤的发展,这是约束加固的本质。(4)采用轴向应力增量很好的反映了峰前阶段随应力增加各能量不断增加,以及峰后应力跌落至残余阶段承载力恢复过程的能量演化,验证了轴向应力增量对于循环加卸载过程能量演化的合理性。(5)基于能量耗散理论推导了考虑加固效应的砂岩三轴加载能量损伤方程,并代入试验数据及文献参考曲线验证发现,所推导方程能够较好地描述CFRP环向加固砂岩三轴加载过程中的能量损伤演化。

关键词：砂岩三轴循环加卸载环向加固 CFRP 能量损伤

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腐蚀及冻融作用下岩体能量损伤演化特性研究

腐蚀及冻融作用下岩体能量损伤演化特性研究

作者：唐楠楠辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

我国寒区国土面积分布广泛,同时国内工业体系不断发展完善,工业污染的覆盖范围也逐渐扩大。随着国家不断提高对交通运输领域的投资建设,交通基础设施不断向高寒边远地区延伸,因此,处于寒区的交通工程往往面临冻融及腐蚀的双重破坏作用... 详细信息

我国寒区国土面积分布广泛,同时国内工业体系不断发展完善,工业污染的覆盖范围也逐渐扩大。随着国家不断提高对交通运输领域的投资建设,交通基础设施不断向高寒边远地区延伸,因此,处于寒区的交通工程往往面临冻融及腐蚀的双重破坏作用。工程基岩多为结构面高度发育的非均质岩体,岩体内赋存的裂隙不断贮存与疏通腐蚀性地下水,进一步加剧冻融-腐蚀对岩体的损伤效果,诱发工程围岩失稳破坏,最终导致支护结构局部或整体损伤失效。综上,研究化学腐蚀及冻融循环综合作用下岩体物理力学特性损伤演化机制,基于能量理论,确定了岩体变形加速破坏的初始应力和加速应力阈值。研究成果将具有重要的科学价值和工程实践前景,对指导隧道等地下工程围岩的加固设计、灾害防治和安全生产具有重要意义。论文对腐蚀及冻融双重耦合作用下大理岩开展了物理力学试验、SEM微观电镜扫描试验,研究了多场耦合下大理岩物理及微观结构特性劣化规律,基于岩石损伤力学与能量理论,通过引入强度微积分损伤因子,建立岩石能量损伤力学本构模型。取得了如下研究成果:(1)开展不同条件下大理岩物理参数测定及微观结构演化试验,获得了大理岩纵波速度、质量损耗率、化学溶液p H值变化及微观结构等物理特征。(2)通过多场耦合作用下大理岩单、三轴试验,获取应力-应变试验曲线,确定考虑p H值及冻融次数的损伤变量,建立了大理岩峰值强度衰减预测模型。(3)基于大理岩力学特性试验数据,结合能量损伤理论,分析大理岩总能量U、弹性能U和耗散能U演化机理及规律,建立了岩石能量损伤本构模型。(4)利用FLAC差分软件,根据建立的岩石能量损伤本构关系,求解数值计算模型,结合试验数据验证模型建立的合理性。综合上述研究成果,结合试验研究及理论推导,揭示了腐蚀-冻融作用下大理岩力学性能损伤破坏规律,为研究隧道开挖临空区围岩稳定性提供科学依据及应用基础。该论文有图31幅,表6个,参考文献68篇。

关键词：腐蚀-冻融大理岩微观结构能量损伤

单轴压缩下不同尺寸充填体能量损伤演化特征试验研究

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黄金科学技术 2022年第4期30卷 540-549页

作者：赵奎刘周超曾鹏龚囱江西理工大学资源与环境工程学院江西赣州341000 江西理工大学江西省矿业工程重点实验室江西赣州341000

对4种不同尺寸(40,70.7,100,150 mm)的充填体试件进行了室内单轴压缩试验,研究了尺寸变化对充填体能量演化规律和损伤破坏机制的影响,并得到了基于弹性能耗比的充填体破坏前兆判据。研究结果表明:单轴压缩下不同尺寸充填体的能量演化规... 详细信息

对4种不同尺寸(40,70.7,100,150 mm)的充填体试件进行了室内单轴压缩试验,研究了尺寸变化对充填体能量演化规律和损伤破坏机制的影响,并得到了基于弹性能耗比的充填体破坏前兆判据。研究结果表明:单轴压缩下不同尺寸充填体的能量演化规律相似,体现为峰前以弹性应变能积蓄为主,峰后耗散能占比不断上升并迅速超越弹性应变能;随着试件尺寸的增加,充填体在峰值应力处总输入应变能、弹性应变能和耗散能均呈非线性下降趋势;根据耗散能曲线,可将充填体能量损伤演化过程划分为初始损伤、损伤加速、损伤稳定发展和损伤破坏4个阶段;试件尺寸越大,弹性能耗比K值变化幅度越大;弹性能耗比K值曲线整体先上升后下降,持续到一个较低值,在临近峰值应力处再转为上升。弹性能耗比K值曲线的这一变化规律可作为充填体临界破坏前兆特征。

关键词：尺寸效应充填体能量损伤弹性能耗比破坏前兆

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季冻区路基土的能量损伤演化模型研究

路基工程 2022年第3期 57-60页

作者：吴永煤安征李永靖程耀辉中交一公局第七工程有限公司郑州451450 辽宁工程技术大学辽宁阜新123000

依托辽宁阜新某公路路基土样,进行冻融循环试验及三轴压缩试验,分析不同含水率、围压、冻融次数下的弹性能变化规律;基于能量衰减定律,建立能量损伤演化模型,探索季冻区路基土的损伤规律。结果表明:含水率较高时试件应变与弹性能正相关... 详细信息

依托辽宁阜新某公路路基土样,进行冻融循环试验及三轴压缩试验,分析不同含水率、围压、冻融次数下的弹性能变化规律;基于能量衰减定律,建立能量损伤演化模型,探索季冻区路基土的损伤规律。结果表明:含水率较高时试件应变与弹性能正相关,弹性能随冻融次数和含水率的增加而平顺,含水率较小时弹性能迅速升高出现峰值,然后逐渐减小最后趋于平稳;在围压加持下,随着应变的增加弹性能整体呈现先增大至峰值点后减小并趋于稳定的变化趋势,曲线相同应变位置的弹性能值随围压的增大而增大;能量损伤演化模型曲线与试验曲线吻合度较高,为季冻区冻土路基灾害防治提供了理论依据。

关键词：道路工程能量损伤演化模型季冻区弹性能

两尺度视角下准脆性材料的损伤:从几何不连续度到自由能折减

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力学学报 2024年第11期56卷 3202-3212页

作者：陈建兵任宇东卢广达同济大学土木工程学院土木工程防灾减灾全国重点实验室上海200092

多尺度损伤演化法则的构建是损伤力学从现象学走向理性坚实基础的核心之一.然而,迄今鲜有人注意到,存在两类损伤变量:几何意义上表征材料不连续程度的损伤与自由能折减(即材料受力性能退化)意义上的损伤.如何实现从几何意义上的损伤向... 详细信息

多尺度损伤演化法则的构建是损伤力学从现象学走向理性坚实基础的核心之一.然而,迄今鲜有人注意到,存在两类损伤变量:几何意义上表征材料不连续程度的损伤与自由能折减(即材料受力性能退化)意义上的损伤.如何实现从几何意义上的损伤向能量耗散意义上的损伤转化,乃是固体破坏问题的枢机.本文从两尺度视角给出了损伤演化法则及几何意义上的损伤向能量耗散(即受力性能的退化)转化过程的定量刻画,进一步夯实了非局部宏-微观损伤模型的理性基础.在本文模型中,连续体被看作物质点的集合.宏观物质点与其作用域中的其他物质点组成一系列物质点偶,由此形成附加于其上的细观结构.在外部载荷作用下,物质点的位移引起物质点偶的变形.当物质点偶的某种几何变形量(如正伸长量)超过临界值时,微细观损伤开始发展.细观层次物质点偶的渐进破坏引起宏观固体不连续程度的变化,最终导致宏观连续体拓扑的改变.因此,将微细观损伤在作用域中的累积定义为该点的拓扑损伤,以刻画宏观固体的不连续程度,这在本质上是几何意义上的损伤.另一方面,损伤发展引起自由能耗散,导致连续体力学性能的退化.由于宏观能量耗散是作用域中细观物质点偶因损伤而导致的耗散能量之和,因此能量(受力)意义上的损伤为作用域中细观物质点偶上的总耗能与总弹性自由能之比.由此,在细观层次上实现了从几何意义上的损伤向能量耗散(受力退化)意义上的损伤的转化.在本文模型中,不需要经典连续介质损伤力学或断裂相场模型中经验假定的能量退化函数,物质点处的几何-能量转绎关系由该点的两尺度变形状态决定,而非固定形式,从而可能对复杂受力状态具有更好的适应性.计算结果表明,模型不仅可以捕捉到裂纹萌生、扩展全过程,而且可以定量反映加载过程中的载荷-位移曲线.与在宏观层次进行几何-能量转绎的宏-微观损伤模型相比,本文模型可以更准确地捕捉到试验结果的细节.

关键词：拓扑损伤能量损伤细观转化非局部宏-微观损伤模型准脆性材料

电子显微术在原位金属基复合材料界面研究中的应用

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铸造技术 2005年第5期26卷 431-434页

作者：刘志科汪振华苏广才广西大学机械工程学院广西南宁530004

原位金属基复合材料的增强颗粒是在基体中原位生成,因而增强颗粒和基体间不存在界面反应,两者间为直接的原子结合。界面对原位金属基复合材料的性能有着重要的影响。本文综述了扫描电子显微镜、普通透射电子显微镜、高分辨电子显微镜和... 详细信息

原位金属基复合材料的增强颗粒是在基体中原位生成,因而增强颗粒和基体间不存在界面反应,两者间为直接的原子结合。界面对原位金属基复合材料的性能有着重要的影响。本文综述了扫描电子显微镜、普通透射电子显微镜、高分辨电子显微镜和电子能量损伤谱仪等现代电子显微技术在原位金属基复合材料界面研究中的应用及部分研究结果。利用现代电子显微技术和先进的实验方法在原子尺度上对界面的精细结构、结合方式、界面缺陷、界面稳定性及其影响因素等进行研究,从而在较深的层次上认识原位金属基复合材料的界面,对在该领域做进一步研究探讨起到促进作用。

关键词：金属基复合材料界面研究电子显微术应用高分辨电子显微镜电子显微技术扫描电子显微镜透射电子显微镜增强颗粒界面稳定性原位生成界面反应原子结合研究结果能量损伤精细结构原子尺度实验方法结合方式

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岩石破碎过程中能量演化的模拟分析

矿业研究与开发 2016年第11期36卷 50-54页

作者：赵志刚高成章贾志闯宋璐璐山东科技大学矿业与安全工程学院山东青岛266590

为探求岩石加载方式与能量演化之间存在的规律,对岩石的破裂过程进行模拟研究,通过提出一种量化岩石能量损伤的新参数——岩石能量损伤参数D,利用FLAC3D的二次开发,对岩石破碎过程中各部分可释放弹性能、耗散能和总能量进行分析。研究表... 详细信息

为探求岩石加载方式与能量演化之间存在的规律,对岩石的破裂过程进行模拟研究,通过提出一种量化岩石能量损伤的新参数——岩石能量损伤参数D,利用FLAC3D的二次开发,对岩石破碎过程中各部分可释放弹性能、耗散能和总能量进行分析。研究表明,岩样破裂所需能量随着围压的增大成上凹增长曲线;岩石能量损伤参数D达到阈值时,岩石开始发生破坏,该阈值与围压的大小没有相关性。研究成果对进一步分析能量与岩石破坏强度的关系具有参考意义。

关键词：岩石力学数值模拟能量释放能量损伤三轴压缩

面向Ga^+和惰性离子的聚焦离子束加工机理的研究

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电子显微学报 2016年第1期35卷 63-69页

作者：贾瑞丽徐宗伟王前进天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072 南京大学固体微结构物理国家重点实验室江苏南京210093

聚焦离子束(FIB)技术越来越广泛地应用于纳米加工等领域,其加工机理的研究是该技术发展的重要基础。本文针对纳米结构加工过程中聚焦离子束对加工精度的影响规律,基于蒙特卡罗法的SRIM程序,对离子轰击硅、金、铬等典型基底进行了仿真分... 详细信息

聚焦离子束(FIB)技术越来越广泛地应用于纳米加工等领域,其加工机理的研究是该技术发展的重要基础。本文针对纳米结构加工过程中聚焦离子束对加工精度的影响规律,基于蒙特卡罗法的SRIM程序,对离子轰击硅、金、铬等典型基底进行了仿真分析与建模,研究了Ga+、He+、Ne+不同离子束的入射能量对入射深度、能量损伤、横向离散等参数的影响规律,解释了He+在加工小于10nm线宽结构中的优势及其加工中存在的新现象。结果表明,在FIB加工过程中可采用不同的离子束源,进行加工结构的工艺优化。

关键词：聚焦离子束(FIB) 纳米加工能量损伤横向离散