题名 | 脆性材料渐进破坏的破裂加剧效应及能量耗散模型 |
作者 | 林钦栋 |
答辩日期 | 2021-05-20 |
文献子类 | 博士 |
授予单位 | 中国科学院大学 |
授予地点 | 北京 |
导师 | 李世海 |
关键词 | 连续-非连续 渐进破坏过程 能量演化 能量耗散模型 冲击荷载 |
其他题名 | Progressive damage induced damage-aggravation effect and an energy dissipation model of brittle materials |
学位专业 | 工程力学 |
英文摘要 | 渐进破坏广泛存在于岩土工程、国防工程和建筑结构等领域,与此同时,能量在渐进破坏过程中扮演重要角色。依据能量的来源,可大体分为内部能量演化诱发破裂和外界输入能量诱发破裂。因此,开展渐进破坏对力学响应特征的机理研究,建立渐进破坏过程中不同类型能量的统计算法,构建描述裂纹生成的能量耗散模型,对于准确评估模型的宏观强度和获取能量演化特征具有重要意义。 本文首先针对渐进破坏对力学响应特征的影响机理,提出了渐进破坏的“破裂加剧效应”和量化指标渐进破坏比Kt。随后,基于连续-非连续算法的基本概念和本构模型特点,建立了准确统计所有能量类型的能量统计算法。接着,根据岩石的多尺度模型、兰纳-琼斯势和范德华力,建立了基于岩石微观破裂机理的能量耗散模型。最后,探讨了车载导弹发射期间冲击荷载作用下道路结构的沉降、变形、破裂和能量演化特征。主要内容和结论如下: (1)提出渐进破坏的“破裂加剧效应”和量化指标渐进破坏比Kt,解释了渐进破坏对模型力学响应特征的影响机理。当模型发生渐进破坏时,因为应力重分布的存在,破坏将出现“破裂加剧效应”,导致模型宏观承载强度降低。在边坡稳定性分析中,理论分析和数值模拟结果均表明,基于渐进破坏比Kt对整体抗滑力修正后,依据极限平衡法得到的边坡安全系数更能准确反映边坡的稳定性。 (2)建立准确统计模型从连续介质转变为非连续介质过程中所有能量类型的能量统计算法。基于连续-非连续算法的基本概念,首先将模型的能量划分为单元变形能WEE、单元动能WEV、弹簧变形能WPE、弹簧断裂能WPC、摩擦耗能WR和阻尼耗能WD,随后依据本构模型特征,分别建立了每种能量的统计算法。数值案例验证了能量统计算法具有很好的自洽性和鲁棒性。 (3)建立基于岩石微观破裂机理的能量耗散模型,用于准确表征裂纹生成和扩展过程中的断裂能量和力学行为。基于岩石的多尺度模型(RVE尺度—颗粒尺度—分子尺度)、兰纳-琼斯势和范德华力,建立了拉伸过程与剪切过程中能量耗散模型的力方程和势能方程。最后,通过数值模拟结果与理论推导结果和室内实验结果的对比分析,验证了能量耗散模型的准确性。 (4)探究车载导弹发射期间冲击荷载作用下道路结构沉降、变形、破裂和能量演化特征。计算结果表明:荷载中心点沉降量时程曲线与冲击荷载时程曲线的变化趋势一致,沉降量最大值与冲击荷载的峰值点相对应,且道路结构的变形量主要产生于路基上部。破裂主要产生于冲击荷载急剧增大时期,破坏类型包括拉伸破坏和剪切破坏。不同能量类型的时程曲线存在差异,但均与冲击荷载的变化趋势密切相关。 |
语种 | 中文 |
内容类型 | 学位论文 |
源URL | [http://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/86551] |
专题 | 力学研究所_流固耦合系统力学重点实验室(2012-) |
推荐引用方式 GB/T 7714 | 林钦栋. 脆性材料渐进破坏的破裂加剧效应及能量耗散模型[D]. 北京. 中国科学院大学. 2021. |
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