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基于虚内键模型的非均质岩石破坏数值模拟

上海交通大学学报 2012年第1期46卷 142-145,151页

作者：柯长仁蒋俊玲葛修润上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240 湖北工业大学土木工程与建筑学院武汉430068 中国科学院武汉岩土力学研究所武汉430071

将非均质性引入虚内键模型中,采用Monte-Carlo方法对岩石的非均质性进行赋值,并对岩石试样的动态破坏过程进行数值模拟.结果表明,对于红砂岩而言,当非均质性系数m=5时,虚内键模型的模拟结果与试验结果具有较好的一致性.

关键词：虚内键模型非均质材料 Weibull分布动态破裂过程多尺度

纤维复合材料的微观虚内键模型和宏观损伤模型

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纤维复合材料的微观虚内键模型和宏观损伤模型

作者：孙兴鹤安徽理工大学

学位级别：硕士

纤维复合材料作为现代各个领域中广泛应用的材料,对其的破坏断裂损伤研究显得尤为重要。前人在对复合材料的试验模拟中都取得了丰富的成果。但目前在对复合材料进行数值模拟的研究相对较少,因材料复杂的组成结构和力学特性,这让复合材... 详细信息

纤维复合材料作为现代各个领域中广泛应用的材料,对其的破坏断裂损伤研究显得尤为重要。前人在对复合材料的试验模拟中都取得了丰富的成果。但目前在对复合材料进行数值模拟的研究相对较少,因材料复杂的组成结构和力学特性,这让复合材料的建模变得尤为困难。在实际工程应用中,复合材料的失效破坏原因种类繁多,因此寻找一个合适且方便的力学模型是目前主要的研究重点问题。当然前人根据其材料的强度理论,从微观和宏观方面提出了很多力学模型来对复合材料进行建模计算,也为后人研究提供了一定的思路。本文在前人研究的基础上,继续发展了对纤维复合材料的建模计算。(1)运用了断裂力学理论和连续介质力学等理论方法,虚内键模型是在黏结面法和分子动力学理论基础上提出的,将前人提出的微观虚内键模型以及宏观的损伤模型应用与复合材料中,宏观损伤模型运用了宏观损伤力学理论,在一维损伤力学中建立起宏观损伤模型对复合材料数值模拟。(2)通过纯张力数值模拟确定了模型所需要的材料参数,将双悬臂梁视为复合材料进行建模计算,根据其强度理论和准则,对材料进行建模计算然后再与解析方程中的结果进行对比,发现了微观虚内键模型内部结构能够很好的契合纤维复合材料的内部结构,破坏时分别都是有两种断裂能存在,经过计算预测后,微观虚内键模型的结果与解析结果有良好的一致性。网格的尺寸大小影响着材料的峰值应力,通过0.5mm和0.25mm的不同的局部化区域尺寸大小分析发现了尺寸大小与数值模拟得到的断裂能量成正比。也通过两种单键位和双键位的模型来分析,具有双键位的VIPB模型有更好的优势。(3)在宏观尺度下又将一维宏观的损伤模型应用于复合材料中,继续发展了损伤模型在纤维复合材料中的计算研究,对一维杆的数值模拟结果发现也与计算的结果具有很好的一致性。当然本文的研究也存在一定的局限性。模型的建立遇到的网格依赖性的问题仍需要继续去解决,新模型的提出也需要共同发展研究。本文发展了两种模型在复合材料中应用为以后的研究提供了一些思路与想法。图[24]表[4]参[71]

关键词：纤维复合材料虚内键模型宏观损伤模型

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砂岩单轴压缩本构数值模拟影响因素研究

地下空间与工程学报 2022年第5期18卷 1465-1470页

作者：柯长仁刘迎澳湖北工业大学土木建筑与环境学院武汉430068

基于虚内键模型,提出虚内键密度演化函数,将虚内键思想引入到砂岩单轴压缩本构研究中;并选用Weibull分布赋予岩石内部细观单元非均质性,研究了模型特征参数c_(1)、c_(2)、模型单元数量以及非均质系数m对模拟结果的影响。研究表明:c_(1)... 详细信息

基于虚内键模型,提出虚内键密度演化函数,将虚内键思想引入到砂岩单轴压缩本构研究中;并选用Weibull分布赋予岩石内部细观单元非均质性,研究了模型特征参数c_(1)、c_(2)、模型单元数量以及非均质系数m对模拟结果的影响。研究表明:c_(1)、c_(2)不会改变岩石模型的弹性模量,c_(1)越小应力-应变曲线越“高大”,c_(2)越大应力峰值越大,且峰后曲线更加陡峭;单元数量越多,模型破坏特征与试验值越接近;非均质系数m越大,模型弹性模量越大,且应力峰值越大。通过对影响因素的合理控制,虚内键模型可以很好地模拟砂岩单轴压缩应力-应变过程。

关键词：虚内键模型砂岩单轴压缩本构数值模拟影响因素

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岩石介质非均质性对破裂过程的影响研究

岩石力学与工程学报 2011年第S2期30卷 4093-4098页

作者：柯长仁蒋俊玲葛修润肖本林上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240 湖北工业大学土木工程与建筑学院湖北武汉430068 中国科学院武汉岩土力学研究所湖北武汉430071

在虚内键模型的基础上,研究岩石介质非均匀性对宏观力学行为的影响。虚内键模型(VIB)认为,固体材料在微观上是由离散的质量微粒组成的,微粒之间由一虚内键连接,虚内键根据一种特定的连接法则,使得该模型在模拟固体材料破坏时不需要断裂... 详细信息

在虚内键模型的基础上,研究岩石介质非均匀性对宏观力学行为的影响。虚内键模型(VIB)认为,固体材料在微观上是由离散的质量微粒组成的,微粒之间由一虚内键连接,虚内键根据一种特定的连接法则,使得该模型在模拟固体材料破坏时不需要断裂准则,并根据微粒之间的相互作用推导出了材料的宏观本构方程。引入细观基元的两种状态——实体基元和空气基元,用来描述细观基元在荷载作用下细观损伤由量变到质变的渐进过程。通过对均质度系数m=1.1,1.5,2.0,3.0,5.0的不同岩样破裂过程的模拟发现,均质度系数对岩样应力–应变曲线和宏观破坏模式有显著的影响:随均质度系数提高,应力–应变曲线峰前线性增强,峰值强度增大,峰后更为陡峭,破坏模式呈脆性模式。

关键词：岩石力学非均质性虚内键模型岩石破裂演化函数