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虚拟多维内连结键模型(VMIB)在岩石类材料单轴破坏中的应用 被引量:7
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作者 张振南 葛修润 李永和 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第4期504-509,共6页
应用虚拟多维内连结键模型对岩石类材料的单轴压缩破坏机理进行了分析,并推导出了包含损伤演化信息的非线性本构方程。VMIB模型认为:固体材料在微观尺度上是由离散的随机分布的质点(带有质量的微粒)组成。质点与质点之间由一组虚拟的切... 应用虚拟多维内连结键模型对岩石类材料的单轴压缩破坏机理进行了分析,并推导出了包含损伤演化信息的非线性本构方程。VMIB模型认为:固体材料在微观尺度上是由离散的随机分布的质点(带有质量的微粒)组成。质点与质点之间由一组虚拟的切向键和法向键连结。岩石类材料在受压破坏过程中,宏观上局部刚度的降低是在微观尺度上虚拟键分布密度衰减的结果。根据虚拟键的密度衰减机制,唯象地提出了虚拟键密度演化方程,并将该演化方程直接嵌入到了VMIB模型本构方程中。微观上法向键和切向键的密度衰减分别决定着材料不同的宏观全过程破坏特征。最后通过数值模拟和试验验证,说明VMIB模型能够有效地再现岩石类材料的单轴压缩破坏过程。由于VMIB模型兼顾了连续介质力学和分子动力学的特点,这使得材料破坏的数值模拟变得更为简单和高效。 展开更多
关键词 岩石类材料 单轴破坏 虚拟多维内连结键模型(vmib) VIB模型
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基于VMIB的非均质岩石材料破坏的数值模拟初探 被引量:3
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作者 张振南 葛修润 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第7期1426-1431,共6页
VMIB模型是在VIB基础上提出的一种新型多尺度力学模型,VIB模型认为固体材料在微观上是由随机分布的质量微粒组成,微粒与微粒之间由一虚内键连接;而在VMIB模型中,微粒与微粒之间则由切向键和法向键共同连接或者由具有法向刚度和切向刚度... VMIB模型是在VIB基础上提出的一种新型多尺度力学模型,VIB模型认为固体材料在微观上是由随机分布的质量微粒组成,微粒与微粒之间由一虚内键连接;而在VMIB模型中,微粒与微粒之间则由切向键和法向键共同连接或者由具有法向刚度和切向刚度的虚内键连接。材料的宏观本构方程直接由微粒之间的相互作用推导出来。由于VMIB能够再现材料泊松比的多样性,因此可以应用到更广泛的工程材料。非均质材料(岩石)由不同的组分构成,因此,材料中各点的力学属性不同。为有效地模拟这种材料的破坏过程,初步将岩石的非均质特性引入到VMIB模型中,并对裂纹的生成及扩展过程进行模拟。数值模拟结果表明:如果将岩石视为均质材料,则在围压下的裂纹扩展具有很强的规则性,出现单一剪切裂纹,岩石呈剪切破坏;如果将岩石视为非均质材料,则多条裂纹同时在不同点处开始生成、扩展并汇合,破坏模式总体上呈剪切破坏。从数值模拟结果来看,该法能够模拟非均质材料(岩石)的破坏过程,并能初步反映非均质特性对宏观裂纹行为的影响。 展开更多
关键词 岩石力学 数值模拟 vmib模型 非均质材料 多尺度
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基于VMIB的岩石围压破坏二维多尺度数值模拟 被引量:1
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作者 张振南 葛修润 张孟喜 《岩土力学》 EI CSCD 北大核心 2008年第1期219-224,共6页
VMIB(Virtual Multi-dimensional Internal Bonds)模型是在VIB(Virtual Internal Bond)模型基础上发展起来的一种多尺度力学模型。VIB认为,固体材料在微观上是由随机分布的质量微粒(Material particle)构成,微粒与微粒之间由一虚内键(vi... VMIB(Virtual Multi-dimensional Internal Bonds)模型是在VIB(Virtual Internal Bond)模型基础上发展起来的一种多尺度力学模型。VIB认为,固体材料在微观上是由随机分布的质量微粒(Material particle)构成,微粒与微粒之间由一虚内键(virtual internal bond)连结,材料的宏观本构方程则直接由微粒之间的连结法则(Cohesive law)导出。而在VMIB中,微粒之间引入了切向效应,材料的宏观本构方程由虚内键刚度系数导出。由于考虑了微粒之间的切向效应,VMIB能够再现材料不同泊松比。依据VMIB,材料的宏观力学行为决定于微观虚内键的演化。岩石材料在围压条件下强度显著增强,破坏模式一般表现为剪切破坏,其微观机制在于虚内键的演化决定于自身的法向和切向变形,并且演化速度决定于连续层次上材料微元的应力状态。为描述这种微观虚内键的演化机制,提出了一种虚内键演化方程。通过该演化方程,可以宏观再现岩石材料在围压条件下的断裂破坏行为。作为初步应用,没有考虑材料的塑性变形机制,因此,还有待于进一步的理论完善。 展开更多
关键词 脆性材料 围压 剪切裂纹 破坏 多维虚内键模型 多尺度模拟
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多维虚内键模型(VMIB)及其在岩体数值模拟中的应用 被引量:2
4
作者 张振南 葛修润 《中国科学(E辑)》 CSCD 北大核心 2007年第5期605-612,共8页
多维虚内键模型(VMIB,virtual multi-dimensional internal bonds)是在虚内键(VIB,virtual internal bond)理论基础上发展起来的一个多尺度力学模型.VIB理论认为固体材料在微观尺度上由随机分布的材料微粒(material particle)组成,微粒... 多维虚内键模型(VMIB,virtual multi-dimensional internal bonds)是在虚内键(VIB,virtual internal bond)理论基础上发展起来的一个多尺度力学模型.VIB理论认为固体材料在微观尺度上由随机分布的材料微粒(material particle)组成,微粒之间由单一法向键连结;而VMIB模型则在原VIB模型单一法向键基础上又引入了切向键用以约束微粒点对之间的相对转动自由度.材料的宏观本构方程则由两种虚内键的刚度系数导出,并在理论上证明了微观两种虚内键的刚度系数与宏观材料常数之间存在一一对应关系,表明了在VMIB模型中增加切向键的充分性和必要性.由于材料的断裂准则直接嵌入到本构方程中,这使得VIB和VMIB模型在模拟材料断裂破坏方面有着较大的优越性.岩体由于受到分布裂纹的切割作用,宏观上表现为各向异性力学特征.在岩体损伤模型中,岩体裂纹的分布特征通常由损伤张量描述.岩体在某一方向上的相对刚度大小决定于该方向上损伤值的大小.在VMIB模型中,微观虚内键的空间分布密度决定着材料宏观各方向上相对刚度的大小,这与岩体损伤对岩体力学性能的影响是一致的.文中在损伤张量与虚内键分布密度之间建立了定量关系,将岩体等效为VMIB固体.理论与试验结果表明,这种等效的VMIB固体可以再现分布裂纹对岩体力学性能的影响,这为进一步应用VMIB模型对岩体破坏行为进行数值模拟奠定了基础,同时也为其他多裂纹体的数值计算提供一种新思路. 展开更多
关键词 vmib 岩体 VIB 多裂纹材料 数值模拟
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无明显线弹性变形材料的拉伸破坏数值模拟
5
作者 冯博豪 《企业技术开发(中旬刊)》 2012年第2期40-41,共2页
固体材料在不同空间尺度内表现形式不同,宏观上表现为连续而微观上则表现为离散。当载荷超过一定值时,材料内部结构将发生演化,直至材料破坏。文章先简单介绍VMIB模型,然后通过新的虚内键演化方程,在已知一般材料的应力张量与四阶弹性... 固体材料在不同空间尺度内表现形式不同,宏观上表现为连续而微观上则表现为离散。当载荷超过一定值时,材料内部结构将发生演化,直至材料破坏。文章先简单介绍VMIB模型,然后通过新的虚内键演化方程,在已知一般材料的应力张量与四阶弹性张量的基础上,推出无明显弹性形变材料的应力张量与四阶弹性张量,并对此类材料进行数值模拟,最后进行验证。 展开更多
关键词 拉伸破坏 vmib模型 无弹性形变 数值模拟
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Virtual multi-dimensional internal bonds model and its application in simulation of rock mass 被引量:2
6
作者 ZHANG ZhenNan1,2 & GE XiuRun3,4 1 Department of Civil Engineering,Shanghai University,Shanghai 200072,China 2 Shanghai Institute of Applied Mathematics and Mechanics,Shanghai University,Shanghai 200072, China +1 位作者 3 Institute of Geotechnical Engineering,Shanghai Jiao Tong University,Shanghai 200030,China 4 Institute of Rock and Soil Mechanics,Chinese Academy of Sciences,Wuhan 430071,China 《Science China(Technological Sciences)》 SCIE EI CAS 2008年第2期192-201,共10页
VMIB (virtual multi-dimensional internal bonds) is a multiscale mechanical model developed from the VIB (virtual internal bond) theory. In VIB theory,the solid mate-rial is considered to consist of random-distributed ... VMIB (virtual multi-dimensional internal bonds) is a multiscale mechanical model developed from the VIB (virtual internal bond) theory. In VIB theory,the solid mate-rial is considered to consist of random-distributed material particles in microscale. These particles are connected with normal bonds. The macro constitutive relation is derived from the cohesive law between particles. However,in VMIB,the micro particles are connected with both normal and shear bonds. The macro constitutive relation is derived in terms of bond stiffness coefficients. It has been theoretically certified that there exists a corresponding relationship between the two bond stiffness coefficients and the two macro material constants,i.e. the Young’s modulus and Poisson ratio. This corresponding relationship suggests that it should be necessary and sufficient to simultaneously account for the normal and shear interactions between particles. Due to the fact that the fracture criterion is directly incorporated into the constitutive relation,both VIB and VMIB present many advantages in simulating fractures of materials. In the damage model of rock mass,a damage tensor is usually defined to describe the distribution of cracks. The damage value in one direction determines the relative stiffness of rock mass in this direction. In VMIB solid,the relative distribution density of micro bonds in one direction determines the relative macro stiffness of the material in this direction. The effects of the damage value and the relative distribution density of bonds are consistent. To simulate the failure behavior of rock mass with VMIB,the presented paper sets up a quantitative relationship between the damage tensor and the rela-tive distribution density of bonds. Comparison of the theoretical and the experi-mental results shows that VMIB model can represent the effect of distributed cracks on rock mass with this relationship. The presented work provides a founda-tion for further simulating fracture behavior of rock mass with VMIB model,and an alternative approach for modeling other multi-cracked body. 展开更多
关键词 vmib (virtual MULTI-DIMENSIONAL INTERNAL bonds) rock mass VIB (virtual INTERNAL bonds) multi-cracked body numerical SIMULATION
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