准脆性材料及复合材料的损伤与摩擦塑性耦合的研究

来源 :东北大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wxxsdc
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
损伤力学是固体力学中的一个新的分支,与传统的材料力学和断裂力学不同,它将工程结构材料看作是内部充满大量连续分布的微细观缺陷的介质,并用一种损伤变量来描述这些微细观缺陷对材料力学性能劣化过程的影响,这是一种更为精确的结构破坏理论。损伤力学主要研究材料内部出现宏观裂纹之前的微观缺陷的成核、扩展、汇合等劣化过程,也可以作为断裂力学的重要补充和拓展,分析带有微观缺陷的结构中的宏观裂纹力学行为。在损伤力学的研究方法中,比较常用的是连续损伤力学方法,即宏观唯象学方法,它利用了连续介质力学和不可逆热力学等基本原理,着重从宏观现象出发而不是从细观和微观层次上来考察损伤对材料的宏观力学性质的影响以及材料和结构损伤演化的过程和规律,具有简单和实用的优点,在工程中的应用中比较广泛。本文采用连续损伤力学方法,考虑微裂纹面闭合及摩擦效应建立损伤模型,分析岩石类准脆性材料和准脆性的纤维增强树脂复合材料的损伤与破坏过程。 脆性和准脆性材料内部的微裂纹在受到压剪载荷作用时,上下裂纹面之间可能会发生相对滑动,这种摩擦滑动作为一种不可逆耗散过程,一方面会影响材料内部的能量转化过程,另一方面会引起材料的塑性变形,从而对材料的损伤扩展产生重要影响;同时,材料的损伤过程也会影响这种摩擦滑动的程度。因此,材料的损伤与摩擦塑性两种非线性机制常常是耦合在一起的,它们共同决定着材料的整个破坏过程。因此,摩擦塑性和损伤耦合的研究工作是需要的,目前这方面的理论、试验和应用研究还很不充分。本文考虑岩石类准脆性材料和复合材料微裂纹损伤特点和摩擦滑动塑性的细观机理,建立了一种摩擦诱导的塑性与损伤耦合模型。该模型利用莫尔-库仑准则作为判断闭合裂纹面是否滑动的条件,采用塑性理论中的混合硬化模型来确定塑性屈服面,与现有的摩擦诱导的塑性理论相比,本文模型的特点是不需要增加新的损伤变量,形式简单,物理意义清晰,可以较为方便地将摩擦塑性产生的影响引入到各种不同的损伤本构模型中去,因此更为实用。 岩石类材料的损伤和破坏行为是相当复杂的,一些损伤力学模型可能给出简单加载路径下与实际或实验相符合的结果。Dragon等人基于不可逆热力学框架建立的准脆性材料的各向异性弹性损伤模型,可以较好地描述岩石类准脆性材料在复杂加载路径下的的应力应变响应和损伤演化过程。利用该模型,与本文的摩擦塑性理论相结合,建立了一个新的更简单的岩石类材料摩擦塑性与弹性损伤耦合模型,通过考核算例表明,该模型给出的结果与Dragon等人的结果是一致的。数值计算结果指出,在复杂加卸载路径下,闭合裂纹面之间的摩擦滑动与无滑动相比可以使材料的承载能力严重下降。由于裂纹面之间的滑动摩擦主要影响裂纹主轴方向上的剪切行为,而岩石类材料内部裂纹的大小、方向以及作用在裂纹面上的压剪载荷均与加卸载方式有关,因此由摩擦塑性造成的岩石类材料承载能力的下降程度也与加卸载路径密切相关。 纤维增强树脂复合材料属于准脆性材料,由于不均匀性和各向异性,其破坏机理更为复杂。在连续损伤复合材料模型中,一般是用两个或多个标量描述横向拉伸损伤和剪切损伤。复合材料内部微裂纹面间也存在类似的摩擦机理,这种摩擦同样可能会对复合材料及其结构的破坏过程产生重要的影响。本文将摩擦塑性模型应用于弹性和弹塑性复合材料损伤理论,讨论了复合材料层板单层在剪切和组合加载下微裂纹面间的摩擦滑动对复合材料层板损伤和破坏的影响,解释了剪切滞回效应。通过算例分析表明,摩擦塑性可能严重影响复合材料层板在复杂载荷作用下的加卸载过程,出现明显的滞回现象,从而改变复合材料内部能量的转化,摩擦耗散可使损伤演化变缓,进而影响整个层板的破坏过程。初步的数值计算结果指出,在某些循环载荷下摩擦塑性是影响复合材料疲劳损伤累积的重要因素。
其他文献
  本文分析了减少沉降桩基的工作机理和设计方法,针对目前设计条件下工程界普遍关心的的整体安全度与可靠度的计算问题进行了研究,分别按照承载力和沉降两种方法建立极限状态
  本文分析了影响防汛墙结构的材料强度的因素,并结合大量的资料和试验结果,确定了对防汛墙结构强度进行定量评估的方法。  本项研究首先通过室内试验测定了黄浦江水系和饱
现浇混凝土加劲肋管无梁楼盖是随着新材料和施工新技术而发展起来的一种新型的楼盖体系。该楼盖具有刚度大、自重轻、楼高小的优点,在建筑市场上应用前景广阔。但目前对现浇
随着我国基础设施建设的大规模实施,高层建筑及大型桥梁等构筑物的建设发展迅猛,对于这些对沉降控制及承载性能要求极高的构筑物,传统的基础型式已不能满足要求,因此作为深基础型
  本文研究住宅叠合楼板结构性能,通过比较适用于高层钢-混凝土住宅结构体系的多种楼板型式,选择预应力混凝土空心板叠合板作为高层钢结构住宅的楼板体系,研究连续跨叠合板在
  本文结合上海国际赛车场赛道减沉桩基础的变形问题系统地讨论了大面积柔性荷载下考虑桩土共同作用的桩基沉降问题。文章分析了桩与承台下土体共同作用的条件,应用弹性理论
本文从三维轴对称土体模型出发,综合考虑桩周土竖向波动效应及桩周土径向非均质,较系统地对桩土纵向及扭转耦合振动理论进行了研究。主要工作包括: 1、在考虑桩周土三维波动
复杂组合结构在城市建筑中的应用越来越广,但其中还存在一些难以解决的力学难题:1)组合结构稳定性能.2)共同工作问题.3)异形钢管混凝土构件的承载力.该文以大型郑成功雕塑结
本文调查了雅安砾石层的分布概况和分布地区的地质环境特点,在此基础上较为系统地讨论了雅安砾石层的成因及相关的工程地质特性,论述了土体边坡的支护理论,并结合一些具体工
本文在大量分析、研究国内外非比例循环加载实验和本构关系的基础之上,针对以往本构实验和理论研究工作之不足,并结合工程金属材料的特殊性,开展了以下研究工作:1.分析研究非