Numerical simulation of rock fracturing under uniaxial compression using virtual internal bond model

A multi-scale virtual internal bond (VIB) model for the isotropic materials has been recently proposed to describe the material deformation and fracturing. During the simulation process of material fracturing using VIB, the fracture criterion is directly built into the constitutive formulation of the material using the cohesive force law. Enlightened by the similarity of the damage constitutive model of rock under uniaxial compression and the cohesive force law of VIB, a VIB density function of rock under uniaxial compression is suggested. The elastic modulus tensor is formulated on the basis of the density function. Thus the complete deformation process of rock under the uniaxial compression is simulated.     

受冲薄壳弹塑性大变形力学特性的有限元分析

采用基于堕劝坐标系的假设应变场壳单元,弹塑性等向强化材料模型,一体化接触搜寻算法,罚参数接触力计算法及显式时间积分格式进行薄壳弹塑性大变形力学特性分析。算例表明,该方法简明,直观,快捷,方便。     

GEOMETRICALLY NONLINEAR FE FORMULATIONS FOR THE MACRO-ELEMENT UNIPLET OF FOLDABLE STRUCTURES

Introduction　　 Pantographic foldable structure works on theprinciple of a pantograph[1,2 ] . A structure of thistype may be referred to as“pantograph structure”,or simply“p- structure”. The basic unit for the p-structure is a componentso- called duplet[3 ] ,orpan-tograph unit[4] ,Scissor- Like Element ( SLE) [5] ,asshown in Fig.1 .A pantograph unitconsists of twocoplanar straightbars called uniplet,which are ca-pable of rotating about the intermediate pivot,re-ferred to as a scissor h…     

Geometric Nonlinear Formulation for a Rectangular Plate with Large Deformation

Absolute nodal coordinate formulation for a rectangular plate with large deformation was improved. Based on nonlinear elastic theory, a precise strain expression is used to derive the equations of motion. Both shear strain and transverse normal strain are taken into account. Different from the previous absolute nodal coordinate formulation, the absolute nodal coordinates, which describe the displacement and slope of the element nodes, are separated into three parts: the absolute nodal coordinates in X, Y and Z directions, respectively, so that the dimension of the mass, stiffness and force matrices is reduced. Furthermore, by using constant matrices, which can be calculated and saved before simulation, the nonlinear stiffness matrices can be calculated by matrix multiplication for each time step, so that the computational efficiency can be improved. Finally, simulation example of a rectangular plate with large deformation was used to verify the accuracy and efficiency of the present formulation.     

轮轨摩擦耦合热弹性有限元分析模型

基于伽辽金变分原理,利用有限元方法,建立了轮轨摩擦耦合热弹性有限元分析模型,分析了轮轨摩擦热与钢轨接触区热膨胀位移、摩擦温度、应变和应力的关系。模型中温度场和位移场由耦合方程同时求解,但没有考虑惯性项和材料阻尼的影响。分析结果表明:耦合求解的温度场和位移场与非耦合求解的温度场和位移场的计算结果一致,钢轨表面各点滑动位移的方向与车轮滑动方向一致,垂向位移方向先负后正;钢轨表面各节点进入接触区后,温度快速上升,但高温持续时间短;在滑动方向上,钢轨接触点先受压应变后受拉应变作用,垂向受拉应变作用,滑动方向压应力明显高于垂向压应力,钢轨接触斑前后节点滑动方向应变符号相反;垂向高正应变区主要集中分布在接触斑后半轴上,最大剪应变与剪应力区在接触表层以下。     

多孔棉布-酚醛轴承保持架的应变速率敏感性

为了分析研究多孔棉布-酚醛轴承保持架的应变速率敏感性，使用纳米压痕仪测量其在应变速率为0.01～ 0.05 s?1时的硬度和弹性模量，通过Kelvin-Voigt模型对材料的黏弹性进行分析，研究了材料在不同应变速率下的应变硬化效应和应变局部软化效应. 研究结果表明:随着应变速率提高，多孔棉布-酚醛材料的硬度和弹性模量先增加后减小；当应变速率从0.01 s?1增加到0.05 s?1，多孔棉布-酚醛材料硬度和弹性模量的增加与材料的应变硬化现象有关；当应变速率从0.05 s?1增加到0.30 s?1，蠕变位移显著增加，接触刚度快速降低，形变以热的形式消耗在压头与材料的接触界面，压头接触区材料从黏弹性向黏性转变，局部材料黏度降低，硬度和弹性模量快速减小；多孔棉布-酚醛的硬度和弹性模量随应变速率的变化是应变硬化效应和应变局部软化效应竞争的结果.      

基于应变梯度的微切削第一变形区几何分析模型的研究

应用应变梯度塑性理论构建了微切削第一变形区的力学模型,在此力学模型的基础上提出了第一变形区几何尺寸的分析预测方法和影响因素,得出当材料的内禀长度l越小,即材料相对均匀时,第一变形区厚度赿小.当切削厚度增大时,第一变形区的长度增大.设计了正交切削实验来验证模型的有效性,实验结果表明随着进给量的增大,第一变形区厚度减小而第一变形区的长度反而增大.     

非稳态载荷对二维轮轨纯滚动接触应力和变形的影响

为了揭示轮轨波状表面与非稳态载荷的内在联系,利用有限元法,建立了二维弹塑性轮轨纯滚动接触计算模型,分析法向接触载荷波动值对钢轨残余应力、应变和变形的影响。模型中材料本构采用考虑棘轮效应的Jiang-Sehitoglu模型,非稳态仅考虑法向接触载荷的简谐变化,用弹塑性无限半空间表面上重复移动赫兹法向压力分布模拟反复纯滚动接触过程。发现非稳态法向接触载荷作用下产生同样波长的波状接触表面;随滚动次数的增加,残余应力增大,但很快趋于稳定,而残余应变也增大,但增大速率衰减;载荷波动值越大,波谷和波峰处的纵向残余应力越大,波谷处的轴向残余应力、残余剪应变和表面纵向位移越大,而波峰处的轴向残余应力、残余剪应变和表面纵向位移越小,波深越大。     

计入弹性基础效应的钢筋混凝土桥梁结构塑性倒塌分析

将钢筋混凝土桥墩墩顶在单位水平力作用下的变位，分解为桥墩的弹性弯曲变位、基础转动产生的变位及基础平动产生的变位之和，从而建立了一种计入弹性基础效应和弹性支座效应的钢筋混凝土梁桥横桥向抗震评估的塑性倒塌分析模型，给出了等效弹性地震荷栽计算方法、钢筋混凝土梁桥塑性倒塌分析计算公式及独柱墩在地震力作用下的双线性刚度实用分析方法。算例表明，计入弹性基础效应和弹性支座效应后，钢筋混凝土粱桥的最终抗震能力与结构延性明显下降。     

近水平软硬互层围岩公路隧道初期支护内力分析

将近水平软硬互层围岩等效为横观各向同性岩层,推导其密度、弹性模量、泊松比等材料参数。以广南高速公路文家垭隧道为分析对象,根据横观各向同性围岩参数建立平面应变有限元模型,结合现场测试数据分析近水平软弱围岩台阶法施工过程中初期支护的受力状态。研究表明:上台阶开挖后初期支护受轴向压力,拱顶和拱墙腰向内弯,而拱腰向外弯;下台阶开挖后,初期支护继续受轴向压力,拱顶和仰拱向内弯,拱腰和拱墙腰向外弯。研究结论与拱顶沉降和拱底隆起现象相符合。     

深圳市石岩水库大坝表面变形监测方法

介绍深圳市石岩水库工程概况及表面变形的监测方法。石岩水库表面水平位移的原设计采用视准线法进行观测,该方法现场工作量大,受地形环境影响较大,现采用极坐标法代替传统的视准线法,垂直位移采用传统的水准路线法,提高工作效率和精度。     

基于FBG的沥青混合料横向流动变形评价

为了分析沥青混合料横向流动变形, 进行了沥青混合料的车辙试验, 利用布设于沥青混合料板表面的光纤布拉格光栅传感器, 研究了沥青混合料表面的横向应变规律; 以最大应变和蠕变稳定阶段横向应变速率绝对值为评价指标, 分析了沥青混合料横向流动变形。分析结果表明: 横向流动变形随沥青混合料的最大应变和横向应变速率绝对值的减小而降低; 横向流动变形在循环轮载作用下不断发展, 测试点距离轮载愈近其流动变形愈剧烈; 当胶粉掺量分别为0、15%、18%时, 距离轮载63 mm的测试点横向应变速率分别为6.8×10-6、4.0×10-7、6.4×10-6 min-1, 因此, 掺15%胶粉的沥青混合料具有较大的抵抗高温横向流动变形的能力; 对于15%胶粉掺量的沥青混合料, 当其集料级配分别为AC-13粗级配和AC-13细级配时, 距离轮载28 mm的测试点横向应变速率分别为6.0×10-7、7.7×10-6 min-1, 因此, AC-13粗级配沥青混合料高温抗横向流动变形能力优于AC-13细级配; 胶粉改性沥青混合料最大应变为1.96×10-4, 而胶粉和抗车辙剂复合改性沥青混合料最大应变只有1.22×10-4, 说明在高温情况下, 胶粉和抗车辙剂复合改性沥青混合料整体结构强度较大, 能够承受来自轮载的直接作用而不向轮迹两边产生横向推移致使发生较大的横向流动变形。基于光纤布拉格光栅横向应变的沥青混合料横向流动变形评价能较好地说明不同材料和级配对沥青路面产生侧向流动变形规律的影响。      

空间弹性曲杆在三维变形中的曲率—位移关系

本文在总结前人工作的基础上，采用严格的数学推导，针对三维变形过程，建立了空间任意形状的弹性曲杆在三维变形过程中的曲率－位移关系的新方法。文中的典型算例，显示了本文建议的方法的合理性与有效性。本文的工作，为空间曲梁单元的应变－位移表达式的建立工作，提供了可靠的基础。     

整体桥H型钢-RC阶梯桩与土相互作用拟静力试验

以H型钢-RC阶梯桩模型试验为背景,进行了2根H型钢-RC阶梯桩(HS-RC-0.25、HS-RC-0.50)及1根H型钢桩(HS)的低周往复荷载拟静力试验;在桩顶施加水平位移荷载,埋设应变片与土压力计,采用特殊设计的桩身水平变位测试方法,得到了H型钢-RC阶梯桩桩身破坏特点、沿桩深方向的桩身水平位移与应变、骨架曲线和滞回性能曲线;利用OpenSEES对比分析了桩顶自由与固定条件下阶梯桩桩顶水平变位能力,得到了阶梯桩水平承载力折减系数与转化系数,对比了利用折减系数得到的模型桩水平承载力计算值与试验值。试验结果表明:H型钢桩的桩顶弹性变形为2~25 mm,其水平变形能力强,承载能力好,加载全过程滞回环饱满,耗能效果好;刚度比对阶梯桩的破坏模式无显著影响,阶梯桩的上段钢桩均无明显的屈曲破坏,变截面处混凝土严重剥落且破坏位置相同;随刚度比增大,阶梯桩-土体系屈服位移及屈服荷载均提高,HS-RC-0.25较HS-RC-0.50桩顶屈服位移减小了29.15%,桩身应变突变减小;阶梯桩的滞回环在加载初期因为滑移表现为捏拢状,而在加载后期过渡为饱满的梭形,耗能效果良好,HS-RC-0.50加载全过程的耗能比HS-RC-0.25多25.4%,具有较好的水平变形能力;对比试验值,HS-RC-0.25的计算误差为-9.68%,HS-RC-0.50的计算误差为-2.47%。可见,HS-RC阶梯桩能满足整体桥桩基的水平变形需求,利用折减系数能较好地计算阶梯桩的水平承载力特征值。      

强度折减法判定桩基础极限荷载的尖点突变条件

为采用强度折减法判定桩基础的极限荷载,根据突变理论Zeeman机构、桩基础承载力泛函数和直剪试验原理,建立了桩基础承载力突变的临界条件和位移增量梯度与岩土材料剪应力的关系,进而提出利用尖点突变曲线判定桩基础极限荷载.算例分析结果表明:尖点突变曲线拐点出现后,曲线近似垂直于强度折减系数坐标轴,强度折减系数的微小增量将引起位移增量梯度陡增,说明岩土材料已发生塑性变形,拐点对应的强度折减系数即为极限荷载条件下的强度折减系数;由尖点突变曲线和折减系数位移曲线得到的桩基础极限荷载基本相同,但尖点突变曲线的拐点更明显,物理意义更清晰.      

ASYMPTOTIC ELASTIC STRESS FIELD NEAR A BLUNT CRACK TIP IN AN ANISOTROPIC MATERIAL

IntroductionThe Williams' [1] approximate solution ob-tained with the characteristic expansion method isused for the calculation of stress distribution of anideal crack.The idealcrack is regarded as a mathe-matical line,so the crack tip becomes a singularpoint in this method. The applicability ofWilliams' solution is limited to a small annular re-gion after the elimination of a small region contain-ing the crack tip.However,in real situations,acrack tip generally has a curvature to some exten…     

THE ELASTIC FIELD CASED BY TWO INCLUSIONS WITH UNI- FORM DILATATIONAL EIGENSTRAINS IN DISSIMILAR MEDIA

IntroductionGuell and Dundurs[1] used the Papkovitch-Neuber displacementpotential and had the solutionfor a spherical inclusion in dissilmilar media whichundergoes homogeneous dilative eigenstrain. Itwas found that the displacements and stresses inthe region exterior to the sphere are the same asthose resulting from a center of dilatation of a cer-tian strength located at the center of the sphere.Using the solution of Mindlin and Cheng[2 ] inwhich the Galerkin vector was adopted and nucleiof…     

高桥墩墩顶水平位移的计算与分析

考虑板式橡胶支座的弹性约束作用、地基弹性变形的影响,用能量法对高桥墩墩顶水平位移进行计算与分析;算例表明,对具有板式橡胶支座的弹性地基高桥墩的设计计算,支座对高桥墩弹性约束和地基的弹性变位影响不可忽视.     

已知索端预张力或预应力求索原长的求解技术

根据柔索应变与位移的非线性几何关系以及自重作用与温度影响下的平衡方程,采用欧拉描述的坐标系统,精确地求得了各点的位移和张力的一般解.由柔索的变形问题建立的非线性代数方程组应用改进的Powell混合算法编制的高精度DNEQNF程序直接进行求解.在算例中,对已知索端预张力或预应力来求索原长进行了计算和分析.用本研究方法对高度相同的柔索问题与其他学者用不同方法得到的结果进行了对比和讨论.     

基于三台阶七步开挖法的三车道公路隧道 极限位移研究

为确定实际工程中大跨度隧道的变形基准,结合特征曲线法讨论了公路隧道极限位移的定义,给出基于三台阶七步法的初期支护极限位移确定方法;找出极限状态下各控制点的位移关系,即预警位移、容许位移和极限位移;基于三车道隧道设计洞形,采用连续体弹塑性有限元模 型,按同一围岩级别中的物理力学参数分位值组合计算,分析了不同埋深条件下的三车道初期支护极限位移,并进行t 分布统计,得出基于工法的三车道公路隧道初期支护相对极限位移基准值;对比分析同一围岩、同种工法在不同埋深及相同埋深条件下,隧道围岩表面的位移变化规律;研究同种工法、相同埋深条件下,弹性模量、黏聚力、泊松比、内摩擦角与位移曲线的关系;对比分析基于三台阶七步开挖法的现场监测数据,得出围岩变形的规律基本上符合计算结果的判断,即该方法的合理性得到验证。