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Binary-medium-based macro-meso constitutive model for warm frozen soils
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作者 Qiong Li Enlong Liu +3 位作者 Fulong Ma Bingtang Song Dan Wang Pan Wang 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 2025年第9期5922-5938,共17页
Due to the high water content in warm frozen soil,the pore water pressure and pore ice pressure generated within the sample during loading significantlyinfluencethe deformation and strength of the soil skeleton.Theref... Due to the high water content in warm frozen soil,the pore water pressure and pore ice pressure generated within the sample during loading significantlyinfluencethe deformation and strength of the soil skeleton.Therefore,it is essential to develop a constitutive model for warm frozen soil that can capture the changes in ice pressure and water pressure.This study introduces a macro-meso constitutive model based on a binary-medium framework to describe the mechanical behavior of warm frozen soil.In this model,warm frozen soil is conceptualized as consisting of bonded and frictional elements from a meso perspective.The bonded elements are modeled using a macro-meso elastic constitutive approach based on poromechanics,while the frictional elements employ a macro-meso elastoplastic approach,also grounded in poromechanics.These two elements are then linked within the binarymedium model framework.By replicating the experimental curves of warm frozen soils,the theoretical results from the proposed model show excellent agreement with experimental data.This consistency indicates that the model effectively simulates the strain softening and volumetric expansion behaviors of warm frozen soil samples under various conditions.Additionally,the constitutive model predicts changes in unfrozen water pressure,frozen temperature,unfrozen water saturation,and porosity during the loading process of warm frozen soil samples. 展开更多
关键词 Warm frozen soil POROMECHANICS Binary-medium model macro-meso constitutive model
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Damage degradation mechanism and macro-meso structural response of mudstone after water wetting
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作者 SHAO Zhixin SONG Yanqi +3 位作者 ZHENG Junjie SHEN Fuxin LIU Chuanpeng YANG Juntao 《Journal of Mountain Science》 SCIE CSCD 2024年第8期2825-2843,共19页
The predominant presence of weak interlayers primarily composed of mudstone renders them highly susceptible to a reduction in bearing capacity due to the water-rock weakening effect,significantly impacting the safety ... The predominant presence of weak interlayers primarily composed of mudstone renders them highly susceptible to a reduction in bearing capacity due to the water-rock weakening effect,significantly impacting the safety of open-pit mining operations.This study focuses on the weak mudstone layers within open-pit mine slopes.The mineral composition of mudstone and the microstructure evolution characteristics before and after water wetting were analyzed by X-ray diffraction(XRD)and scanning electron microscope(SEM).The meso-structure and parameter variation characteristics of mudstone interior space after water-rock interaction were quantified by computed tomography scanning test,and the damage variable characterization method was proposed.Additionally,according to the uniaxial compression test,the degradation characteristics of the macroscopic mechanical behavior of mudstone under different water wetting time were explored,and the elastic modulus and strength attenuation model of mudstone based on mesoscopic damage were established.Finally,building upon the macro-meso structural response characteristics of mudstone,an exploration of the failure characteristics and deterioration mechanism under the influence of water-rock interactions was undertaken.The results show that the water-rock interaction makes the internal defects of mudstone gradually develop and form a fracture network structure,which eventually leads to the deterioration of its macroscopic mechanical properties.The porosity,fractal dimension and damage characteristics of mudstone show an exponential trend with the increase of water wetting time.Moreover,the deterioration mechanism of mudstone after water wetting are postulated to encompass factors such as the hydrophilicity of mineral molecular structures,hydration stress and expansion effects on clay particles,as well as the spatial distribution of microcracks and the phenomenon of fracture adsorption.The outcomes of this research endeavor aim to provide certain reference value for further understanding the water-rock interaction and stability control of mudstone slope. 展开更多
关键词 Moisture absorption of mudstone Computed tomography scanning test Fracture structure evolution macro-meso structural response Deterioration mechanism
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不同载荷作用下含瓦斯煤岩组合体能量演化行为及渐进损伤特性
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作者 王凯 左晓欢 +4 位作者 杜锋 孙加智 张俊文 李康楠 张翔 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第5期50-72,共23页
研究常规三轴载荷和分级循环载荷作用下含瓦斯煤岩组合体能量演化特征及渐进损伤行为,对深部煤岩瓦斯复合动力灾害的防控具有重要意义。采用实验室试验、理论分析等研究方法,开展了不同围压和应力载荷的声发射-渗流-损伤三轴同步试验,... 研究常规三轴载荷和分级循环载荷作用下含瓦斯煤岩组合体能量演化特征及渐进损伤行为,对深部煤岩瓦斯复合动力灾害的防控具有重要意义。采用实验室试验、理论分析等研究方法,开展了不同围压和应力载荷的声发射-渗流-损伤三轴同步试验,分析了受载含瓦斯煤岩组合体的力学响应特征、渐进损伤行为及能量演化规律,结合宏-细观破坏特征,揭示了围压及应力载荷对含瓦斯煤岩组合体失效行为的影响机制。研究结果表明:(1)组合体试样的峰值强度、弹性模量、残余强度均随围压增加线性增大,在围压相同时,分级循环载荷下的弹性模量比常规三轴载荷低0.13~1.76 GPa,峰值强度比.常规三轴载荷低8.91%~20.81%;(2)围压升高显著抑制裂隙发育,但分级循环载荷的起裂应力比和损伤应力比更低,试样更易在低应力下产生裂纹;(3)试样声发射信号随渐进损伤特征应力呈阶段性变化特征,峰值声发射计数随围压的提高而增大。围压的增加会限制试样内部裂纹的扩展和贯通,分级循环载荷下,声发射计数的Kaiser效应区延长,Felicity效应区缩短;(4)分级循环载荷的总能量、弹性能和耗散能均高于常规三轴载荷,较大应力幅值区间内能量耗散更显著,试样破坏面的SEM细观结构更加复杂和粗糙,裂纹和孔隙特征更加明显,分形维数值比常规三轴载荷大0.057~0.280;(5)高围压产生的损伤作用大于压缩限制作用,加剧了煤岩组合体的界面破坏效应,破坏模式以剪切破坏为主。研究结果为深部煤层开采过程中高应力、高瓦斯压力区的煤岩瓦斯复合动力灾害防控提供理论依据。 展开更多
关键词 煤岩瓦斯复合动力灾害 含瓦斯煤岩组合体 分级循环载荷 力学响应 能量演化 宏-细观失效行为
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应变率效应下混凝土界面过渡区本构建模及其动力性能研究 被引量:1
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作者 杨霞 顾鑫 夏晓舟 《河南科学》 2025年第4期494-504,共11页
混凝土结构在地震、冲击等动载作用下表现出与静载不同的力学行为,引起不同于静载的动态损伤行为。本文发展了界面过渡区的对数型黏滞本构模型,编制了相应的VUMAT二次开发子程序。在生成的混凝土随机骨料有限元网格模型基础上,采用自编... 混凝土结构在地震、冲击等动载作用下表现出与静载不同的力学行为,引起不同于静载的动态损伤行为。本文发展了界面过渡区的对数型黏滞本构模型,编制了相应的VUMAT二次开发子程序。在生成的混凝土随机骨料有限元网格模型基础上,采用自编的界面单元自动嵌入技术,实现了骨料与砂浆之间的界面过渡区的单元离散,并赋予砂浆和界面过渡区的黏滞本构,建立了混凝土三维细观有限元模型。对不同应变率加载下混凝土单轴拉伸和压缩的破坏过程进行了模拟,并通过与试验结果的对比,验证了模型的可靠性,分析了加载速率对混凝土单轴拉伸和压缩的破坏模式和力学性能的影响规律,包括抗拉/抗压强度、弹性模量和峰值应变等。 展开更多
关键词 界面单元 界面黏滞本构 随机骨料生成 三维细观模型 宏细观动力响应
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基于粘塑性自洽模型的AZ31镁合金管材皮尔格轧制织构演化
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作者 申文达 杨博文 +5 位作者 薛春 马川川 李拓 帅美荣 拓雷锋 楚志兵 《锻压技术》 北大核心 2025年第9期129-138,共10页
针对皮尔格冷轧法强非线性与镁合金室温下塑性不佳导致的轧制时非均匀变形的问题,以LG-40皮尔格冷轧管机为设计原型,建立了新型三辊皮尔格轧制AZ31镁合金管材的有限元模型,通过UMAT子程序将其与粘塑性自洽晶体塑性模型耦合,实现了宏观-... 针对皮尔格冷轧法强非线性与镁合金室温下塑性不佳导致的轧制时非均匀变形的问题,以LG-40皮尔格冷轧管机为设计原型,建立了新型三辊皮尔格轧制AZ31镁合金管材的有限元模型,通过UMAT子程序将其与粘塑性自洽晶体塑性模型耦合,实现了宏观-细观尺度的耦合计算,进而研究皮尔格轧制过程中管材不同变形阶段的织构演化规律。结果表明:镁合金管材在轧制减径段形成切向织构,在减壁段切向织构转变为径向织构,在精整段径向织构逐步增强。初始阶段的轧制变形主要以柱面滑移为主,但随着轧制变形量的增大,柱面滑移急剧减少,并且锥面滑移逐渐开动;当变形量进一步增大时,基面滑移、锥面滑移和拉伸孪晶共同协调变形。 展开更多
关键词 AZ31镁合金管材 皮尔格轧制 织构演化 宏观-细观尺度耦合 轧制变形
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含水率影响下软岩锚固单体宏细观力学特性
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作者 荣浩宇 李桂臣 +3 位作者 王伟 赵光明 梁东旭 许嘉徽 《采矿与安全工程学报》 北大核心 2025年第3期601-612,共12页
为研究泥岩锚固结构水化失稳机制,基于不同含水率条件下软岩锚固单体力学试验与细观数值模拟,分析水化作用下软岩锚固单体宏细观力学特性。宏观层面,随着含水率的增大,泥岩锚固结构承载能力降低,不同应力水平下饱和含水率锚固单体试样... 为研究泥岩锚固结构水化失稳机制,基于不同含水率条件下软岩锚固单体力学试验与细观数值模拟,分析水化作用下软岩锚固单体宏细观力学特性。宏观层面,随着含水率的增大,泥岩锚固结构承载能力降低,不同应力水平下饱和含水率锚固单体试样强度降幅达65.04%~70.41%,锚固结构破碎程度提高,破坏模式由“渐进式”向“突变式”转变。细观层面,泥岩颗粒模量与黏结抗拉强度分别降低91.4%和94.2%,砂岩颗粒模量与黏结抗拉强度分别降低84%和65.8%,水化损伤的加剧会削弱颗粒间的黏结强度并改变黏结受力状态,损伤更容易发育扩展,导致锚杆-岩石、岩石-颗粒间的变形约束能力劣化,岩石颗粒的运动变形能力提升;且水化作用会降低锚固结构的储能极限,使得黏结断裂所需外部输入的能量减少,导致锚固结构整体强度减弱。 展开更多
关键词 泥岩 锚固单体 含水率 水化失稳 宏细观
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A macro-meso constitutive law for concrete having imperfect interface and nonlinear matrix 被引量:1
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作者 Qing Zhang XiaoZhou Xia 《Science China(Technological Sciences)》 SCIE EI CAS 2009年第3期634-640,共7页
The overall behavior of concrete depends on its meso structures such as aggregate shape, interface status, and mortar matrix property. The two key meso structure characters of concrete, bond status of interface and no... The overall behavior of concrete depends on its meso structures such as aggregate shape, interface status, and mortar matrix property. The two key meso structure characters of concrete, bond status of interface and nonlinear property of matrix, are considered in focus. The variational structure principle is adopted to establish the macro-meso constitutive law of concrete. Specially, a linear reference composite material is selected to make its effective behavior approach the nonlinear overall behavior of concrete. And the overall property of linear reference composite can be estimated by classical estimation method such as self-consistent estimates method and Mori-Tanaka method. This variational structure method involves an optimum problem ultimately. Finally, the macro-meso constitutive law of concrete is established by optimizing the shear modulus of matrix of the linear reference composite. By analyzing the constitutive relation of concrete established, we find that the brittleness of concrete stems from the imperfect interface and the shear dilation property of concrete comes from the micro holes contained in concrete. 展开更多
关键词 imperfect interface matrix nonlinear property VARIATIONAL structure PRINCIPLE macro-meso CONSTITUTIVE law CONCRETE
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智慧旅游价值共创研究进展:基于服务生态系统视角
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作者 符琳蓉 汪明峰 《福建师范大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第5期31-38,共8页
智慧旅游是科技驱动下旅游业数字化转型的重要研究议题,然而基于服务视角的智慧旅游价值共创过程、机制与效应仍需深化归纳与总结。通过梳理国内外近年来服务逻辑主导下的智慧旅游服务生态系统价值共创研究进展,从“微观—中观—宏观”... 智慧旅游是科技驱动下旅游业数字化转型的重要研究议题,然而基于服务视角的智慧旅游价值共创过程、机制与效应仍需深化归纳与总结。通过梳理国内外近年来服务逻辑主导下的智慧旅游服务生态系统价值共创研究进展,从“微观—中观—宏观”层面对价值共创的参与主体、互动关系与资源整合进行整理归纳。最后,提出未来需关注数字技术参与度与接受度、智慧介入下旅游地价值共创与共毁的临界点以及数据驱动下旅游产业商业模式创新的系统工程路径。 展开更多
关键词 数字技术 智慧旅游 服务生态系统 价值共创 微观—中观—宏观
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基于PFC^(2D)的砂岩直剪试验尺寸效应数值模拟研究
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作者 宋岳 柳滔 余俊爽 《水力发电》 2025年第4期18-24,共7页
以三峡库区库岸边坡砂岩为例,基于PFC^(2D)颗粒流平行黏结本构模型,采用离散元模拟方法,模拟不同尺寸、不同正应力下的砂岩试件直剪破坏试验过程,分析尺寸效应对砂岩剪应力-位移曲线、抗剪强度以及细观黏结键破坏和裂纹扩展特征的影响... 以三峡库区库岸边坡砂岩为例,基于PFC^(2D)颗粒流平行黏结本构模型,采用离散元模拟方法,模拟不同尺寸、不同正应力下的砂岩试件直剪破坏试验过程,分析尺寸效应对砂岩剪应力-位移曲线、抗剪强度以及细观黏结键破坏和裂纹扩展特征的影响。结果表明,弹性变形阶段小尺寸试件更能表现整体性和均一性,而大尺寸试件则表现更强的塑性;随着尺寸的增大,试件的抗剪强度(黏聚力和内摩擦角)产生弱化现象。尺寸效应还表现在裂纹的扩展形式上,小尺寸试件易发生脆性剪切破坏,次生裂纹较少且主裂纹多为直线型;大尺寸试件多产生剪胀性裂纹,次生裂纹较多且主裂纹多为曲线型。 展开更多
关键词 砂岩 直剪试验 尺寸效应 数值模拟 宏-细观特征 颗粒流 平行黏结本构模型
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混凝土在柔性加载三轴条件下的离散元模拟研究
10
作者 徐连军 王舒永 +3 位作者 周伟 周海燕 李康 徐强 《建筑技术》 2025年第20期2491-2496,共6页
基于PFC^(3D)并结合三维扫描方法,构建天然块石形状的混凝土离散元模型。为考虑三轴柔性加载方式,通过“多段墙”边界技术对不同含石量的混凝土开展大型三轴数值模拟试验,分析其在复杂应力状态下的宏细观力学规律。结果表明:当混凝土含... 基于PFC^(3D)并结合三维扫描方法,构建天然块石形状的混凝土离散元模型。为考虑三轴柔性加载方式,通过“多段墙”边界技术对不同含石量的混凝土开展大型三轴数值模拟试验,分析其在复杂应力状态下的宏细观力学规律。结果表明:当混凝土含石量为0%、20%时,其强度曲线呈现硬化特性,体缩变形明显;当混凝土含石量为40%、60%时,混凝土强度曲线的峰值显著,峰值过后强度软化,并表现出体胀特性;在混凝土受荷变形进程中,随着轴向应变的不断累积,颗粒间平均配位数呈持续下降趋势,提高块石含量,配位数曲线的倾斜程度逐渐增大,初始状态下的平均配位数也随之减小;含石量为40%的混凝土在剪切过程中摩擦能增长较快且波动较大,中后期趋于平缓,总体摩擦能较其他含石量混凝土高50~110kJ。 展开更多
关键词 混凝土 三维扫描技术 大型三轴试验 柔性加载模式 块石形状 宏细观力学规律
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广州市黄埔区交通治理模型开发及应用
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作者 景国胜 宋程 +1 位作者 吕海欧 陈先龙 《城市交通》 2025年第3期24-32,共9页
交通治理模型是交通运营精细化决策分析的有效手段,也是促进多利益主体协同治理的重要平台。通过辨析交通规划模型与交通治理模型的核心差异,基于数据感知—模型推演—治理决策—数据再感知的闭环逻辑,构建了广州市黄埔区交通治理模型... 交通治理模型是交通运营精细化决策分析的有效手段,也是促进多利益主体协同治理的重要平台。通过辨析交通规划模型与交通治理模型的核心差异,基于数据感知—模型推演—治理决策—数据再感知的闭环逻辑,构建了广州市黄埔区交通治理模型体系的技术架构。宏中微观一体化交通治理模型能够分层协同推演城市交通发展态势,其典型应用场景包括道路交通运行监测与治理、交通管理决策支持、拥堵点治理与决策分析、道路建设工程全流程治理等。实证研究表明,该模型显著提升了交通治理效能:宏观交通治理模型实现全路网饱和度日变监测,精准识别高饱和度道路交叉口的时空分布;中观交通治理模型有效仿真占道施工引发的交通拥堵动态演化过程;微观交通治理模型可进行交通组织方案对道路运行影响的车道级验证评估。 展开更多
关键词 交通规划 交通治理模型 宏中微观一体化 拥堵治理 广州市黄埔区
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低空经济的概念辨析与经济含义 被引量:2
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作者 王树森 倪红福 《西安财经大学学报》 2025年第5期42-53,共12页
低空经济是新质生产力的重要组成部分,是推动经济高质量发展的新增长引擎。从微观效率、中观结构与宏观发展三维视角构建理论分析框架,深入辨析低空经济的概念演进脉络,挖掘其经济含义。研究表明:微观上,近地空域的公共属性与安全管制,... 低空经济是新质生产力的重要组成部分,是推动经济高质量发展的新增长引擎。从微观效率、中观结构与宏观发展三维视角构建理论分析框架,深入辨析低空经济的概念演进脉络,挖掘其经济含义。研究表明:微观上,近地空域的公共属性与安全管制,致使价格机制与资源配置面临外部性、信息不对称等难题,需借助制度设计与平台化信息中介提升效率;中观上,低空经济通过市场竞争、产业联动与区域协调发展形成新业态、新模式、新产业,拓展增长空间,推动资源要素重组、产业结构转型升级与空间格局重塑;宏观上,低空经济作为新质生产力的重要代表,为新旧动能转换、公共财政与就业、经济高质量发展提供了重要契机。整体来看,低空经济的发展既依赖政府在空域管理、外部性治理、制度创新等方面的支持,也离不开市场主体对技术突破和商业模式的探索。本研究为政策制定者规划低空经济的发展路径、完善监管制度与市场准入规则提供了系统的经济学理论支撑和借鉴。 展开更多
关键词 低空经济 近地空域 微观效率 中观结构 宏观发展 高质量发展 新质生产力
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三维机织复合材料的连接性能与失效机制
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作者 张茜 张一帆 +7 位作者 邹齐 张鹏 焦亚男 安柳絮 刘燕峰 张代军 郝俊杰 陈利 《复合材料科学与工程》 CAS 北大核心 2024年第9期5-11,66,共8页
为了研究织物结构对三维机织复合材料连接性能的影响,设计了多层多向机织结构和层联机织结构复合材料,建立了开孔连接结构宏细观耦合分析模型,揭示了三维机织复合材料连接失效机制。研究表明:±45°纱所占的比例对复合材料机械... 为了研究织物结构对三维机织复合材料连接性能的影响,设计了多层多向机织结构和层联机织结构复合材料,建立了开孔连接结构宏细观耦合分析模型,揭示了三维机织复合材料连接失效机制。研究表明:±45°纱所占的比例对复合材料机械连接的挤压强度具有重要影响,±45°纱线的引入,可以提高承载纱线的含量,能够有效改善孔边的应力集中现象;多层多向机织复合材料主要发生0°纱、90°纱和斜向纱的横纵向的损伤,损伤最初发生在孔边并逐渐扩展且呈对称分布,载荷的传递方向和损伤的传播方向呈现角度的特征。 展开更多
关键词 三维机织复合材料 开孔连接 宏细观耦合模型 力学行为 失效机制
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干湿循环作用下堆石料宏细观力学特性的离散元模拟研究
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作者 王辉 钮新强 +1 位作者 马刚 周伟 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期665-676,共12页
堆石料的物理力学特性在干湿循环作用下会发生明显劣化。基于堆石料颗粒三维扫描结果,建立了宽粒径范围的堆石料颗粒模板库。考虑干湿循环对颗粒强度、颗粒间接触模量和摩擦系数的影响,提出了一种考虑堆石颗粒干湿循环劣化的颗粒破碎模... 堆石料的物理力学特性在干湿循环作用下会发生明显劣化。基于堆石料颗粒三维扫描结果,建立了宽粒径范围的堆石料颗粒模板库。考虑干湿循环对颗粒强度、颗粒间接触模量和摩擦系数的影响,提出了一种考虑堆石颗粒干湿循环劣化的颗粒破碎模拟方案。在此基础上,采用FDM-DEM耦合方法对不同干湿循环作用下的堆石料试样进行一系列三轴压缩试验,讨论了在三轴压缩条件下干湿循环对堆石料宏细观力学特性的影响规律。结果表明:堆石料的初始模量和峰值强度随着干湿循环次数N的增加而呈非线性降低,干湿循环对体变曲线在初始阶段的剪缩和加载后期的剪胀有抑制作用,当N增大至某一值时,干湿循环对堆石料的宏观变形和强度的影响逐渐不明显。干湿循环次数越大,试样内部平均配位数越大,接触滑移比越大,试样内部的偏组构呈非线性减小,即各向异性程度在逐渐减小,这说明干湿循环对试样内部的各向异性发展有抑制作用。 展开更多
关键词 干湿循环 堆石体 颗粒破碎 离散单元法 宏细观力学特性
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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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作者 陈建兵 任宇东 卢广达 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期3202-3212,共11页
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... 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. 展开更多
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
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Three dimensional discrete element modelling of the conventional compression behavior of gas hydrate bearing coal
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作者 Xia Gao Nannan Wang +4 位作者 Baoyong Zhang Qiqi Lin Qiang Wu Wei Meng Xia Liu 《International Journal of Coal Science & Technology》 EI CAS CSCD 2024年第1期61-77,共17页
To analyze the relationship between macro and meso parameters of the gas hydrate bearing coal(GHBC)and to calibrate the meso-parameters,the numerical tests were conducted to simulate the laboratory triaxial compressio... To analyze the relationship between macro and meso parameters of the gas hydrate bearing coal(GHBC)and to calibrate the meso-parameters,the numerical tests were conducted to simulate the laboratory triaxial compression tests by PFC3D,with the parallel bond model employed as the particle contact constitutive model.First,twenty simulation tests were conducted to quantify the relationship between the macro–meso parameters.Then,nine orthogonal simulation tests were performed using four meso-mechanical parameters in a three-level to evaluate the sensitivity of the meso-mechanical parameters.Furthermore,the calibration method of the meso-parameters were then proposed.Finally,the contact force chain,the contact force and the contact number were examined to investigate the saturation effect on the meso-mechanical behavior of GHBC.The results show that:(1)The elastic modulus linearly increases with the bonding stiffness ratio and the friction coefficient while exponentially increasing with the normal bonding strength and the bonding radius coefficient.The failure strength increases exponentially with the increase of the friction coefficient,the normal bonding strength and the bonding radius coefficient,and remains constant with the increase of bond stiffness ratio;(2)The friction coefficient and the bond radius coefficient are most sensitive to the elastic modulus and the failure strength;(3)The number of the force chains,the contact force,and the bond strength between particles will increase with the increase of the hydrate saturation,which leads to the larger failure strength. 展开更多
关键词 Gas hydrate bearing coal Discrete element method Triaxial compression test macro-meso mechanical propertie
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深部原位应力环境下岩心饼化响应特征及反馈机制初探 被引量:1
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作者 高明忠 何坤宸 +6 位作者 叶思琪 谢晶 杨本高 李飞 郝海春 刘军军 杨尊东 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1845-1859,共15页
地应力数据是一切深部工程的基础,传统测量方法获取的深部地应力信息效率低且未形成统一的规程规范,理论多是建立在诸多假设基础上,准确性难以评估。深部高地应力区通常有比较明显的岩心饼化特征,且不同应力环境产生的饼化形貌各异,通... 地应力数据是一切深部工程的基础,传统测量方法获取的深部地应力信息效率低且未形成统一的规程规范,理论多是建立在诸多假设基础上,准确性难以评估。深部高地应力区通常有比较明显的岩心饼化特征,且不同应力环境产生的饼化形貌各异,通过岩心饼化反演地应力有望作为一种科学经济、方便快捷的地应力推算方法。试图通过探究深部原位应力条件下岩心饼化行为的力学机制,定义二维条件下的饼化烈度系数,以期实现基于岩心饼化特征计算原位地应力。以松辽盆地松科二井不同深度饼化岩心为研究对象,利用三维数据形貌采集系统获得了饼化岩心的宏观形貌,采用X射线衍射和岩相薄片等测试手段,分析得到了饼化岩心的矿物成分和微观结构;同时,基于离散元分析了不同应力条件下岩心的饼化行为力学机制。结果表明:松科二井饼化岩心形貌特征可分为破碎状、薄饼状、厚饼状、不规则状、半饼化状5类,端面断口形态包括错台状、平面状、灯盏状和花瓣状;岩饼的形貌特征与其埋藏深度、硬质矿物含量和破坏模式有较强的关联性;岩心饼化行为主要受到张拉应力控制,其裂隙起裂一般起始于岩心根部,由外向内向下呈凹陷状或平面状贯通岩心。水平主应力是影响岩心饼化行为的第一要素,高水平主应力能够诱发剧凹状的岩心断口和较宽的带状拉裂纹,垂直主应力是影响岩心饼化的次要因素,一般会抑制饼化行为的发生;钻进过程中岩心饼化行为的发生伴随着能量的规律性变化,其中总应变能呈阶梯状下降,耗散能呈对应的阶梯状上升,且总应变能的瞬时释放是造成岩心饼化的主要原因。研究成果有望为岩心饼化反演地应力提供新思路和有益借鉴。 展开更多
关键词 岩心饼化 松科二井 颗粒离散元 宏细观特征 破坏模式
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2D编织C/SiC孔边致密化结构多尺度混合模型与拉伸性能 被引量:1
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作者 姜卓群 黄盛 王占学 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第13期242-257,共16页
针对一种开孔2D编织C/SiC复合材料在化学气相浸渗过程中出现的孔边致密化结构,提出了一种表征孔边致密化结构的建模方法。考虑孔隙的随机分布,建立了纤维束尺度代表体积元模型,实现了2D编织C/SiC复合材料等效弹性模量的计算。在此基础上... 针对一种开孔2D编织C/SiC复合材料在化学气相浸渗过程中出现的孔边致密化结构,提出了一种表征孔边致密化结构的建模方法。考虑孔隙的随机分布,建立了纤维束尺度代表体积元模型,实现了2D编织C/SiC复合材料等效弹性模量的计算。在此基础上,建立了具有孔边致密化结构的2D编织C/SiC复合材料宏-细观组合模型。基于3D hashin失效准则与修正的Von Mises失效准则,建立了2D编织C/SiC复合材料的渐进损伤模型,模拟了其单轴拉伸应力-应变行为。通过与实验数据的对比分析,验证了模型的有效性。计算不同孔隙率、致密带半径以及孔径的开孔2D编织C/SiC复合材料拉伸强度并分析其影响规律。计算结果表明:随着孔隙率的增大,材料刚度与拉伸强度不断减小,当孔隙率从5%上升到20%时,抗拉强度降低26.05%;随着致密带半径的增加,材料刚度下降越缓慢,失效强度越大,当致密带半径从0 mm增大到0.75 mm时,抗拉强度提高14.17%;随着孔径增大,孔边应力集中效应增强,孔边损伤程度加剧,材料损伤越快,当孔径从0.5 mm增大到2 mm时,抗拉强度降低35.01%。 展开更多
关键词 2D编织C/SiC复合材料 化学气相浸渗 孔边致密化结构 宏-细观混合模型 渐进损伤 拉伸性能
原文传递
基于原位拉伸的HTPB推进剂多尺度损伤演化分析 被引量:8
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作者 李永强 李高春 林明亮 《含能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期124-132,共9页
作为由填料和基体混合而成的复合材料,端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂的损伤主要涉及颗粒的破碎、基体的断裂以及粘结界面层的脱粘,为进一步探究其在外载作用下结构损伤和力学性能的演变,通过微CT、高速CCD相机,以及全原子分子动力学模拟,... 作为由填料和基体混合而成的复合材料,端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂的损伤主要涉及颗粒的破碎、基体的断裂以及粘结界面层的脱粘,为进一步探究其在外载作用下结构损伤和力学性能的演变,通过微CT、高速CCD相机,以及全原子分子动力学模拟,实现原位加载下推进剂多尺度损伤分析。结果表明,推进剂典型损伤过程起始于粘结界面层破坏,扩展于脱粘孔隙的增长,演化于孔隙的合并,加速于局部大变形的汇集,终止于基体的断裂;界面结合能和应力集中程度使得大粒径高氯酸铵(AP)颗粒最先脱粘,且孔隙率与应变呈现类指数函数关系;微观界面层牵引⁃分离曲线符合指数型内聚力模型,微观空隙的萌生与扩展破坏了其内聚性,而分子间距则影响了应力的演变。 展开更多
关键词 宏细观结构 数字图像处理 分子动力学 HTPB推进剂 力学性能
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