基于Hoek-Brown准则的岩石拉-拉剪破坏有限元模拟方法研究

岩石的拉伸、拉伸剪切破坏是工程中常见的破坏类型,基于Hoek-Brown准则研究提出一种模拟岩石拉伸、拉剪破坏的有限元计算方法。首先,结合岩石室内试验数据分析,Hoek-Brown准则可以很好地描述岩石拉伸、拉剪的力学性质。同时,鉴于岩石拉伸、拉剪破坏大都表现出脆性破坏的特征,可采用脆塑性本构模型近似模拟这种变形破坏。接着,推导给出Hoek-Brown准则的脆塑性本构模型有限元实现过程,将其嵌入有限元计算软件ABAQUS中。然后,对室内试验进行有限元模拟,模拟曲线与试验数据拟合良好,证明Hoek-Brown准则的脆塑性本构模型可以正确反映岩石拉伸、拉剪等破坏特征。最后,将所建模型应用于某输水隧洞工程,针对特征断面分析仅采用管片衬砌的可行性,为工程的衬砌设计提供指导。     

玉米秸秆粉料单模孔压缩成型过程有限元分析

为了在有限元分析软件中模拟玉米秸秆粉料,建立了秸秆粉料的D-P材料本构模型,并通过三轴压缩试验确定了秸秆粉料的粘聚力及内摩擦角。在三维建模软件中建立了秸秆粉料和单模孔成型模具的简化分析模型,利用有限元分析软件中的热应力耦合分析来模拟秸秆粉料在模具模孔中被挤压的全过程。根据分析得到的玉米秸秆粉料模型被挤压后的变形及受力的规律,确定了秸秆粉料的变形特点、受力特点和时间-应变关系,并进行了试验验证,为模具的设计提供了依据。     

3DEC中红砂岩节理模型开发及数值模拟

利用人工劈裂的红砂岩节理进行直剪试验,研究了红砂岩节理三维形貌与节理峰值抗剪强度的关系。基于节理形貌参数提出了劈裂节理峰值抗剪强度模型,采用新模型和Barton强度模型计算了红砂岩节理的峰值抗剪强度,并与试验结果进行对比。分析表明:采用Barton模型计算的误差平方和为0.67;而新模型计算的误差平方和为0.05,能更好地描述岩石节理峰值剪切强度。结合Barton对节理剪切变形的研究和Bandis提出的节理法向双曲线模型,采用C++语言编写了3DEC离散元程序的自定义节理模型。通过节理单轴压缩试验及直剪试验的模拟分析,验证了新节理模型可以合理反映红砂岩节理力学特性。     

马铃薯整茎压缩模型的建立与参数分析

针对内蒙古呼和浩特产底希芮品种马铃薯,采用平顶圆柱压头对完整块茎进行压缩试验研究,建立了马铃薯整茎的压缩模型,确定了模型粘弹性参数,并在ADAMS环境下完成了建模、仿真与验证;研究还将压缩试验后测定的马铃薯整茎淀粉含量,与压缩模型的粘弹性参数进行了相关性分析,得出马铃薯整茎淀粉含量与粘性系数间的回归方程,为利用粘弹性力学参数估测马铃薯淀粉含量提供了参考。     

苜蓿蠕变特性的虚拟样机仿真研究

苜蓿的蠕变特性对其压缩过程和压缩后产品特性、压缩生产工艺及压缩设备的研制、优化等均有重要影响.文章对苜蓿进行了蠕变试验,并采用ADAMS虚拟样机技术结合保压阶段蠕变试验结果建立了苜蓿蠕变的四元件Burgers模型,通过与苜蓿蠕变试验数据比较表明,利用虚拟样机技术所建立的ADAMS蠕变仿真模型合理、可靠,并进一步分析模型后,获得了苜蓿蠕变模型中各元件的应变随时间的变化规律.     

基于混凝土软化特性的拱坝抗拉强度研究

介绍了混凝土的软化特性,通过试验和有限元分析探讨了由混凝土单轴拉伸应力-应变全曲线推求弯拉、偏拉强度的可行性,在此基础上提出了与拱梁分载法的应力或有限元等效应力相对应的拱坝抗拉强度确定方法,并将其应用于实例。     

基于ABAQUS的土肥混合系统仿真与试验研究

为解决土肥混合装置工作时扰动可能引起垄体变形甚至坍塌的问题,对螺旋混合轴的混合过程进行仿真及试验研究。利用ABAQUS分析软件,构建了螺旋混合机构与土壤的有限元模型,仿真分析了在螺旋混合轴切削作用下土壤的应力和应变及螺旋混合轴受到的切削阻力变化情况,最后通过试验验证。土壤边界节点的最大位移量为2.45 cm,试验测得垄体参数与评价标准相差5%以内。垄体在螺旋混合轴混合过程中变形属正常范围内,为螺旋混合轴工作参数设计提供理论基础。     

马铃薯压缩特性与淀粉含量相关性研究

通过对内蒙古自治区呼和浩特产紫花白品种马铃薯的整茎和圆柱形试样进行试验研究,获得了不同试验条件下的压缩参数和曲线,并对马铃薯圆柱试样和马铃薯整茎的压缩特性进行对比,分别确定了马铃薯整体压缩和圆柱形试样压缩时的模型.同时,通过碘比色法测定了试验后马铃薯样品的淀粉含量,并与相应的压缩力学参数进行了相关性分析,得出马铃薯不同部位及整茎淀粉含量与相关压缩参数间的线性回归方程,为利用力学参数预测马铃薯淀粉含量提供了参考依据.     

基于三维固定裂缝模型的混凝土开裂数值模拟

基于三维固定裂缝模型基本理论,编制Fortran程序,对经典3点弯曲梁在集中力作用下的开裂问题进行数值模拟。固定裂缝模型基于断裂能守恒,通过调整混凝土应力~应变软化曲线来适应不同大小的网格模型。将计算所得的特征点的应力~应变曲线和假定的应力~应变曲线进行对比,结果表明不同网格模型的断裂能基本一致,编制的程序正确,固定裂缝模型在一定程度上能够克服网格敏感性问题。对同一网格模型选用不同断裂能参数进行模拟,比较在相同荷载条件下的荷载~位移曲线和应变包络图,结果比较符合实际情况和基本理论,表明固定裂缝模型能较好地模拟出裂缝的开展过程。     

中主应力对黄土变形强度特性影响的试验研究

对陕西杨凌黄土进行了不同中主应力比b下的真三轴试验，研究了中主应力比b对重塑黄土的变形和强度的影响规律。试验结果表明：在一定的含水率和固结压力下，偏差应力和初始切线模量均随中主应力比b的增大而增大；在中主应力比b确定的情况下，偏差应力和强度最大值随着含水率的增大而减小。小主应变ε3在任意条件下始终表现为膨胀；中主应变ε2在固结压力为50kPa表现为膨胀，在100kPa和150kPa时，小主应变ε3随着b的增大由膨胀变为压缩，固结压力越高，决定中主应变压缩的最小b值越小。     

塑性混凝土三轴受压本构关系试验研究

试验研究了掺黏土和膨润土龄期(540 d)的塑性混凝土三轴受压本构关系。根据定侧压三轴试验拟合不同围压下的塑性混凝土应力-应变曲线,对比发现(σ1=0.4 MPa,σ2=0.6 MPa)、(σ1=0.4 MPa,σ2=0.8 MPa)中高侧向围压下的应力-应变曲线基本一致,中高侧向围压下的应力-应变曲线上升段斜率及峰值压力比(σ1=0.2 MPa,σ2=0.4 MPa)低侧向围压的应力-应变曲线上升段斜率和峰值压力大,此外还提出了塑性混凝土定侧压情况下的峰值割线模量计算公式及三轴受压本构关系模型,为塑性混凝土三轴受压条件下数值仿真分析提供了依据,进一步推动塑性混凝土的工程应用。     

Q3黄土的三轴蠕变试验研究

采用改进的应力型三轴蠕变仪对Q3黄土进行了三轴剪切蠕变试验,对比分析了围压、干密度、含水率的变化对蠕变特性的影响,并通过对试验数据的分析,建立了Q3黄土的经验蠕变模型。试验结果表明：在同等条件下,饱和原状样的蠕变变形量大于重塑土样的蠕变变形量,且两者都大于天然含水状态的原状土样的蠕变变形量。围压越大,蠕变变形量越小;干密度越小、含水率越大,蠕变变形量越大。将模型计算出的结果与试验数据进行对比,两者基本吻合,从而验证了该模型的正确性。     

基于三轴剪切试验的原状黄土结构性研究

利用常规三轴剪切试验对陕西杨凌原状黄土的结构性进行研究。基于邓肯-张双曲线模型,对邵生俊提出的结构性参数进行改造,这样就避免了计算时人工插值求参数的繁琐和不准确性,以及克服了该公式在ε1=0和ε1=15%时没有意义的缺点。然后以此改造后的结构性参数为基础分析围压和含水率对黄土结构性的影响。结果表明:非饱和原状黄土的结构性参数随应变增大先降低后趋于稳定。在相同的含水率下,围压越小,结构性参数越大;在相同的围压下,含水率越低,结构性参数越大。最后,在原状黄土的应力应变关系中引入结构性参数后该曲线表现出了较好的归一性,说明了此结构性参数的合理性和可靠性。     

闭式马铃薯渣脱水、压缩成型试验装置设计研究

马铃薯渣松散、密度低、水分高,不利于回收利用,因此将其压缩成较高密度的成型物料块是解决上述问题的有效途径。传统的薯渣压缩设备需要先去除水分,再进行压缩。本文根据马铃薯渣的压缩特性,研制了一种高效方便的脱水、压缩同时完成的闭式薯渣压缩试验装置,且优化了薯渣压缩装置。同时,对关键部件进行了受力分析,并进行了样机的试制。结果表明:设计的薯渣压缩试验装置效率高,证明了此压缩试验装置设计的可行性。     

修正的Hoek-Brown准则在岩质边坡中的应用

通过在特定的应力水平上,利用Roclab软件,将非线性的Hoek-Brown强度包线转化为与之相匹配的Mo-hr-Coulomb强度的等效粘聚力和内摩擦角,然后采用有限差分软件对一均质岩性边坡算例进行分析,并与传统的极限平衡法相比较,结果表明:非线性的Hoek-Brown强度准则能有效地应用于工程岩体的数值模拟。     

砒砂岩重塑土强度和应力-应变曲线试验研究

以内蒙古鄂尔多斯市南部准格尔旗作为研究区域,以当地紫红色砒砂岩重塑土为研究对象,使用TSZ-6A全自动静三轴仪,在常温下进行不同冻融循环次数、不同围压下的三轴剪切试验来分析砒砂岩的变形情况.研究结果表明:在每个冻融循环次数的不同围压下,砒砂岩重塑土试样的应力-应变曲线都呈现出应变硬化的特性,并且从应力-应变曲线分布上,大致都经历了3个阶段:近似完全弹性阶段、应变硬化阶段、屈服阶段.为了定量地分析了不同冻融循环次数下砒砂岩的强度参数,引入强度参数劣化系数K_C和K_φ,通过劣化系数曲线拟合得出强度参数劣化趋势函数.通过比较不同冻融循环次数下,砒砂岩重塑土峰值强度与残余强度的大小关系,分析了砒砂岩重塑土的应力-应变曲线软、硬化特性,并引入系数K_q来更直观地分析砒砂岩的变形情况.     

AISI-1035钢高温变形下的本构建模研究

基于Gleeble-3500热模拟实验,分析了AISI-1035钢分别在不同热压缩温度(1073,1173,1273 K)、不同热压缩速率(0.3,3.0 s-1)下的变形流动规律及微观组织演变规律,并建立了AISI-1035钢在1073~1273 K下的双多元非线性回归本构模型。实验结果表明:AISI-1035钢的应力幅值随着变形温度的升高以及应变速率的降低而减小;不同变形条件下的应力应变曲线在经过峰值应力后均出现了软化现象,并且高应变速率下动态再结晶的发生使得应力软化比较显著;高应变速率下诱发的局部温升导致应力幅值上升缓慢,从而使得峰值应变水平提升。微观组织分析结果表明:较高的应变速率诱发的局部温升以及动态再结晶促使AISI-1035钢的晶粒尺寸差异较大,热压缩变形温度越高,晶粒粗大现象越明显。所建立的模型预测趋势与实验数据比较吻合,能够较好地反映AISI-1035钢在1073~1273 K下的流动特性。     

冻融循环对鄂尔多斯砒砂岩重塑土样力学性能影响

为了分析内蒙古南部鄂尔多斯市准格尔旗砒砂岩重塑土的力学性能,采用TSZ-6A全自动静三轴仪,在常温下进行不同冻融循环次数的三轴压缩试验,研究冻融对砒砂岩重塑土力学性能的影响.在不同冻融循环次数(0~7次)和不同围压(50~300 kPa)条件下,得到了砒砂岩抗剪强度、内摩擦角和黏聚力、弹性模量的变化规律.结果表明:在相同的冻融循环次数下,随着围压的增大,抗剪强度峰值呈线性增长.在相同的冻融循环次数下,砒砂岩黏聚力均随含水率增大而减小,内摩擦角随着含水率的增加呈现上下波动,因此冻融循环对抗剪强度的影响主要表现在对黏聚力的影响.在饱和含水率之前,弹性模量基本保持不变,含水率和冻融对其弹塑性的影响可以不考虑.达到饱和含水率后,偏应力-应变曲线不再存在直线段,砒砂岩弹性消失,全面进入塑性阶段.此研究可以为鄂尔多斯砒砂岩冻融侵蚀的破坏机理研究以及治理提供基础依据.     

玉米秸秆芯结构建模与径向压缩过程模拟

为了深入研究实芯作物秸秆的压缩特性,以农大108玉米秸秆芯为研究对象,基于秸秆各向异性、非均质、非线性特点,先通过径向压缩试验获取其粘弹性参数,然后应用ANSYS软件建立了玉米秸秆芯横截面圆柱有限元结构模型,并进行径向压缩过程和应力松弛过程的数值模拟.研究表明,五参量广义麦克斯韦模型能较好地描述玉米秸秆芯应力松弛特性,模型拟合参数的试验值与有限元模拟值误差均小于10％.试验验证了玉米秸秆芯模拟结果的可行性和计算模型的有效性.