岩石材料的蠕变实验及本构模型研究 流变学作为力学的一个分支,主要研究材料在应力、应变、温度、辐射等条件下与时间因素有关的变形规律,所涉及的内容包括蠕变、应力松弛和弹性后效等。蠕变是影响岩体稳定性的一个重要因素。 软弱岩石在受到较低水平的应力作用时,就会产生明显的蠕变现象,如软岩巷道中的底鼓,即使是很坚硬的岩体,在高应力作用下同样会产生蠕变,从而影响到工程的功能和使用。因此,需要对岩石材料的蠕变行为进行深入研究,力求从本质上揭示其蠕变行为的特征。 本文通过实验研究和理论分析,得到了盐岩的基本力学参数,并研究了盐岩在不同应力条件下的力学特性和蠕变行为。以经典蠕变模型为基础,结合分数阶微积分理论,构建了一个新的蠕变模型,并利用盐岩、泥岩和煤岩的蠕变实验数据对其进行了验证。 (1)对盐岩材料进行了多组单轴和三轴压缩实验,并在每组实验中选取三个试样重复进行实验,以此来降低实验的随机性和试样个体的差异性。结果三个试样的测试结果比较接近,此批试样的个体差异性较小。 此外,常规压缩实验的结果还表明随着围压的增大,抗压强度和最大应变会随之增大。(2)在单轴蠕变实验中,选取了四个轴压水平来进行实验,分析了不同轴压对蠕变的影响。 当轴压水平越大时,加速蠕变阶段就会越早地出现,并且稳定蠕变应变率也会越大。与单轴蠕变相比,当材料受到一个较小的围压作用时,其蠕变行为也会发生巨大的变化,例如蠕变应变率大幅下降、蠕变时间大幅增长、加速蠕变阶段缺失等。
(3)通过分析不同应力条件下的蠕变应变率可以发现,稳定蠕变应变率与轴压大小呈线性关系,加速蠕变应变率与轴压大小也呈现出正相关性。此外,蠕变等时曲线表明随着时间的延长,轴压大小对蠕变的影响会越来越明显。 相反,围压会明显地降低蠕变应变率并抑制蠕变行为的发展。(4)结合分数阶微积分理论构建了一个新的非线性蠕变模型,并利用广义塑性力学理论和张量分析理论对新模型在三轴应力状态下的蠕变方程进行了推导。 以盐岩实验数据为基础,对蠕变模型的参数进行了辨识,并验证了模型的准确性。此外,利用泥岩和煤岩的蠕变实验数据对模型的适用性进行了验证,结果表明新模型可以应用于模拟多种岩石材料的蠕变全过程,具有较为广泛的适用性。
除去蠕变，这个模型的结果可靠性是不错的。作了一系列接触问题，通过试验验证符合的很好。 模型解释：（1）一个弹性结构受压（接触）变形，到发生塑性变形。（2）拿开压缩板，结构回弹，但不会回到原始位置。（3）这时计算蠕变，释放掉应力。（4）再压弹性结构到开始压缩位置。比较这四步的接触力。结果：第二，三步当然没有接触力，（若没有应力释放，第一、第四步接触力应一样，）有了应力释放，第四步接触力比第一步减小。 这个模型中的蠕变没用太好。用的是隐式6号蠕变方程，蠕变是时间和应力的函数，参数是乱定的（应力释放太快）。 想请教有关蠕变方面的资料，尤其是材料蠕变方程选用及参数方面的资料。 /prep7 !------------CuSn8---------- ET,1,182,,,3 mp,ex,1,115e9 mp,prxy,1,0.3 r,1,0.3 TB,BKIN,1 TBDA TA,1,470E6,0 tm=100 *SET,C1,1.5625E-14 !ASSIGN VALUE *SET,C2,1.5 !ASSIGN V ALUE *SET,C3, !ASSIGN V ALUE *SET,C4,0 !ASSIGN V ALUE TB,CREEP,1,,,6 !ACTIV ATE DA TA TABLE TBDA TA,1,C1,C2,C3,C4 !DEFINE DATA FOR TABLE !-----------contact----------------- ET,9,169 ET,10,171 R,9,,,0.1,0.1,, !RMORE,,,1.0E20,0.0,1.0, !RMORE,0.0,0,1.0,0,0,0.5 !RMORE,,,1.0,0.0 MP,MU,9,0.0
第六章碳酸盐岩 (Carbonate Rocks) 学时： 6学时 基本内容： 1、相关概念：碳酸盐岩、颗粒、内颗粒（异化颗粒）、外颗粒、内碎屑、鲕粒、藻灰结核、球粒、晶粒、生物格架、泥、胶结物、亮晶、叠层石、鸟眼构造、示底构造、缝合线。沉积后作用、溶解作用、矿物的转化与重结晶作用、胶结作用、世代胶结、交代作用、压实作用、渗流粉砂、触点-新月型胶结、重力-悬挂胶结、贴面结合。 2、基本原理：碳酸盐岩的结构组分的类型及其含义、内碎屑的成因、鲕粒的成因、胶结物的特征、灰泥与亮晶方解石的区别、叠层石形态与水动力和关系、碳酸盐岩的研究方法。 3、基本内容：生物骨骼的主要矿物成分、生物骨骼的主要结构类型、常见生物门类骨骼的鉴定特征。石灰岩的成分分类、石灰岩的结构分类、石灰岩的主要类型。白云岩岩类学，几种主要白云石化的作用机理，白云岩的成因分类。碳酸盐沉积物沉积后作用的主要类型及其特征，碳酸盐沉积物沉积后作用环境的成岩作用特征；碳酸盐岩成岩阶段及成岩环境的划分及其主要标志。 教学重点与难点： 重点：碳酸盐岩的主要结构组分的特征、内碎屑的成因、鲕粒的成因、胶结物的特征、灰泥与亮晶方解石的区别。石灰岩的结构分类及综合命名。 难点：内碎屑的成因、鲕粒的成因、灰泥与亮晶方解石的区别。石灰岩的命名。白云岩的生成机理。碳酸盐沉积物沉积后作用的主要类型及特征、不同碳酸盐沉积物沉积后作用环境的成岩作用特征 教学思路： 从碳酸盐岩成分出发，先后介绍碳酸盐岩的结构组分（重点）和构造特征，重点讲解石灰岩的结构分类和白云岩的成因机理，继而介绍碳酸盐岩的主要类型，最后详细解释其沉积后作用的类型和作用方式（重点）。 主要参考书: 1、冯增昭主编《沉积岩石学》上册第十一、十二、十三、十四、十五章，石油工业出版社，1993.
第23例材料蠕变分析实例—受拉平板本例简单地介绍了蠕变的概念及蠕变材料模型的创建方法，简单地介绍了结构蠕变分析的方法、步骤及要点。 23.1蠕变简介 蠕变是指金属材料在长时间的恒温、恒载作用下，持续发生缓慢塑性变形的行为，大多数金属材料在高温下都会表现出蠕变行为。 如果材料发生了蠕变，在恒载作用下结构会发生持续变形；如果结构承受恒位移，则应力会随时间而减小，即产生应力松弛。 图23-1 蠕变曲线 蠕变一般分为蠕变初始阶段（Primary）、蠕变稳定阶段（Secondary）和蠕变加速阶段(Tertiary)三个阶段，如图23-1所示。蠕变初始阶段时间很短，应变率随时间而减小；在蠕变稳定阶段，应变以常速率发展；在蠕变加速阶段，应变率急剧增大直至材料失效。研究蠕变行为，主要针对蠕变初始阶段和蠕变稳定阶段。 研究问题时一般以蠕变方程（又称本构关系）来表征蠕变行为，蠕变方程以蠕应变率的，形式表示dεcr/dt =AσBεC t P式中，εcr为蠕应变。A、B、C、D是由实验得到的材料特性参数。当D<0时，蠕应变率随时间减小，材料处于蠕变初始阶段；当D=0时，蠕应变率不随时间变化，材料处于蠕变稳定阶段。
在ANSYS中，有一个蠕应变率库供选择。 23.2问题描述 一矩形平板，左端固定，右端作用有恒定压力p=100MPa，矩形平板尺寸如图23-2所示，材料的弹性模量为2xl05MPa，泊松比为0.3，蠕变稳定阶段蠕变方程dεcr/dt =C1σC2。C2，式中，C1=3.125 x10-14，C2=5。试分析平板右端的位移随时间的变化情况。 提示：为避免出现较小值，力单位用N，长度单位用mm，时间单位为h。 图23-2受拉矩形平板 23.3分析步骤 23.3.1改变任务名 拾取菜单Utility Menu→File→Change Jobname，弹出如图23-3所示的对话框，在“[/FJLNAM]”文本框中输入EXAMPLE23，单击“OK”按钮。 图23-3改变任务名对话框 23.3.2选择单元类型 拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit／Delete，弹出如图23-4所示的对话框，单击“Add…”按钮，弹出如图23-5所示的对话框，
flac3D蠕变基础知识 分类：岩土蠕变 | 标签：FLAC3D creep 2009-06-09 18:37 阅读(1422)评论(0) 收集了一些FLAC3D的蠕变基础知识，希望对有需要的人起到帮助作用，欢迎下载！ 蠕变模型 将flac3d的蠕变分析option进行了简单的翻译，目的是为了搞清楚蠕变过程中系统时间是如何跟真实时间对应的。 1. 简介 Flac3d可以模拟材料的蠕变特性，即时间依赖性，flac3d2.1提供6种蠕变模型： 1. 经典粘弹型模型model viscous 2. model burger 3. model power 4. model wipp 5. model cvisc 6. powe蠕变模型结合M-C模型产生cpow蠕变模型（model cpow） 7. 然后WIPP蠕变模型结合D-P模型产生Pwipp蠕变模型（model pwipp）； 8 model cwipp 以上模型越往下越复杂，第一个模型使用经典的maxwell蠕变公式，第二个模型使用经典的burger蠕变公式，第三个模型主要用于采矿及地下工程，第四个模型一般用于核废料地下隔离的热力学分析，第五个模型是第二个模型的M-C扩展，第六个模型是第三个模型的M-C扩展，第七个模型是第四个模型的D-P扩展，第八个模型也是第四个模型的一种变化形式，只是包含了压硬和剪缩行为。 2. flac3d解流变问题 2.1简介
流变模型和flac3d其他模型最大的不同在于模拟过程中时间概念的不同，对于蠕变，求解时间和时间步代表着真实的时间，而一般模型的静力分析中，时间步是一个人为数量，仅仅作为计算从迭代到稳态的一种手段来使用。 2.2 flac3d的蠕变时间步长 对于蠕变等时间依赖性问题，flac3d容许用户自定义一个时间步长，这个时间步长的默认值为零，那么材料对于粘弹性模型表现为线弹性，对于粘塑性模型表现为弹塑性。（命令set creep off也可以用来停止蠕变计算。）这可以用来在系统达到平衡后再开始新的蠕变计算。蠕变公式中包含时间，所以计算中时间步长对程序响应有影响。 虽然用户可以对时间步进行设置，但并不是任意的。 蠕变过程由偏应力状态控制，从数值计算的精度来讲，最大蠕变时间步长可以表示成材料粘性常数和剪切模量的比值： For the power law ----------省略。For the WIPP law -----------省略 For the cvisc model, 上面方程应该写成：tmax = min ( ηK/GK，ηM/GM) 上标K和M分别代表Kelvin和Maxwell。 蠕变压缩的时间限制包括系统体积反应，并且估计为粘性和体积模量的比值。粘性可以表示为σ和体积蠕变压缩速率的比值。 建议利用FLAC3D作蠕变分析开始时所采用的蠕变时间步，比根据上式算得的时间tmax小两到三个数量级。通过调用SET creep dt auto on ，可以利用自动时间步自动调整。作为一项规则，时间步的最大值（SET creep maxdt ）不能超过tmax。 用来计算tmax的应力σ大小，可由蠕变开始之前的初始应力状态决定。同样，σ作为von Mises不变量，可以用FISH函数计算。 涉及体积变化响应的蠕变分析，其最大时间步长可以表示成材料粘性常数和体积模量的比值，这里粘性常数就是平均应力和蠕变体应变率的比值。 一般flac3d推荐使用的初始蠕变时间步长比最大时间步长（由上述公式计算得到的）约小2到3个数量级。如果使用set creep dt auto on命令，那么程序将自动调整蠕变的时间步长，同样应当记住通过命令（set creep maxdt）设置的最大蠕变时间步不能超过。 2.3自动调整蠕变时间步长 用户可以设置蠕变时间步为一个常数值，也可以使用set creep dt auto on命令自动调节。如果时间步长自动变化，那么当最大不平衡力超过某一阀值时，它就会减小；当最大不平衡力小于某一水平时它就会增大。系统将该阀值定义为最大不平衡力和平均节点力的比值。
沉积岩概述 沉积岩 成层堆积的松散沉积物固结而成的岩石。曾称水成岩。是组成地壳的三大岩类火成岩、沉积岩和变质岩)之一。沉积物指陆地或水盆地中的松散碎屑物，如砾石、砂、粘土、灰泥和生物残骸等。主要是母岩风化的产物，其次是火山喷发物、有机物和宇宙物质等。沉积岩分布在地壳的表层。在陆地上出露的面积约占75％，火成岩和变质岩只有25％但是在地壳中沉积岩的体积只占5％左右，其余两类岩石约占95％。沉积岩种类很多，其中最常见的是页岩、砂岩和石灰岩，它们占沉积岩总数的95％。这三种岩石的分配比例随沉积区的地质构造和古地理位置不同而异。总的说，页岩最多,其次是砂岩,石灰岩数量最少。沉积岩地层中蕴藏着绝大部分矿产，如能源、非金属、金属和稀有元素矿产等。 沉积岩是由风化的碎屑物和溶解的物质经过搬运作用、沉积作用和成岩作用而形成的。形成过程受到地理环境和大地构造格局的制约。古地理对沉积岩形成的影响是多方面的。最明显的是陆地和海洋，盆地外和盆地内的古地理影响。陆地沉积岩的分布范围比海洋沉积岩的分布范围小；盆地外沉积岩的分布范围或能保存下来的范围，比盆地内沉积岩的分布或能保存下来的范围要小一些。大地构造环境对沉积岩的形成及其以后的变化有多方面的制约。例如在陆内造山带形成山前粗碎屑砾岩层序；在陆内断陷盆地、洼地和山前拗陷盆地，可形成湖泊、干盐湖或湖沼沉积；在稳定大陆块或克拉通之上的陆表海内，常形成厚度不大的砂质岩或碳酸盐岩组合；在大陆与火山岛弧之间或弧后海沟一带，可形成厚度很大而且包含火山岩和火山碎屑岩的韵律层状沉积岩；在大陆架到深海的斜坡带形成滑塌堆积岩或混杂岩等。 古气候对沉积岩的形成的影响在陆地范围内非常明显。在干旱古气候条件下，形成大面积的陆相红色粗细碎屑岩，这是由于沉积物中的氧化铁常氧化为三氧化二铁。潮湿气候条件下，有机质丰富，进入沉积物中使沉积岩颜色成为暗灰或黑色。盐类在炎热干旱气候形成，煤炭在温暖潮湿气候聚集，都说明古气候对沉积岩形成是有制约作用的。生物在地质历史时期的进化，繁盛或衰亡对沉积岩的形成有明显影响，元古宙时期还未出现大量的海生动物群，因此，世界各地的中、晚元古代地层都包含大量叠层石藻灰岩，据认为在显生宙以后大量海生动物出现并以食藻为生，因而叠层石灰岩大为减少。在石炭纪,全球性的植物繁茂,形成了大量煤炭层。古水动力条件对沉积岩的形成的影响表现为不同的水流条件形成不同的沉积或造成不同的结构构造。山前和河流的水流主要是由高处流向低处的定向水流，常形成分选差的、具单向交错层理的洪积和冲积沉积。在滨海带，潮汐带主要是往复流动的双向水流，常形成分选好的、具鱼骨状交错层理的滨海和潮汐沉积。在海洋中还有风暴流、浊流等深流造成碎屑岩的结构、构造和造岩成分的差异。此外，有些沉积岩形成后还受到地下潜水流的影响,使石灰岩发生白云岩化和硅化等次生变化。此外,冰川和风也可搬运碎屑物，在特定条件下，形成冰碛岩和风成岩。 沉积岩分类考虑岩石的成因、造岩组分和结构构造3个因素。一般沉积岩的成因分类比较粗略,按岩石的造岩组分和结构特点的分类比较详细。 外生和内生实际上是指盆地外和盆地内的两种成因类型。盆地外的，主要形成陆源的硅质碎屑岩，但是陆地的河流等定向水系可将陆源碎屑物搬运到湖、海等盆地内部而沉积、成岩；盆地内的，形成的内生沉积岩的造岩组分,除了直接由湖、海中析出的化学成分外,也可能有一部分来自陆地的化学或生物组分。因此，可简单地概分为2类：①陆源碎屑岩,主要由陆地岩石风化、剥蚀产生的各种碎屑
蠕变算例 1. 蠕变模型选取 ANSYS 一共提供了13个蠕变模型，本次计算选用蠕变模型为修正的时间强化模型。 2. 岩石参数选取 （1） 材料参数 通过试验测出弹性模量E 以及泊松比m 。修正的时间强化模型2341/13/(1)C C C T cr C t e C e s +-=+的参数分别为： 10.34799359C =，20.46857235C =，30.6070225C =-，47.0094616C = 3. 求解步骤 步骤一：建立计算所需要的模型 在这一步中，建立计算分析所需要的模型，包括定义单元类型，创建结点和单元。 步骤二：定义材料性质 （1）选“Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models”。出现“Define Material Model Behavior”对话框，选择Material Model Number 1。 （2）在“Material Models Available”窗口，点击“Structural ->Linear->Elastic-> Isotropic”。出现一个对话框。 （3）对杨氏模量（EX ）键入测得的杨氏模量。 （4）对泊松比（NUXY ）键入测得的泊松比。 （5）单击OK 。 步骤三：定义creep 数据表并输入相应值 （1）在“Material Models Available ”窗口，点击Structural->Nonlinear->Inelastic->Rate Dependent->Creep->Creep only>Mises Potential>Implicit 选择所需要的蠕变模型。 （2341/13/(1)C C C T cr C t e C e s +-=+为第6个，修正的时间强化模型） （2）在对话框表格中的相应位置输入1C ，2C ，3C 以及4C 的值。 （2） 单击OK 。 （4）退出对话框。 步骤四：进入求解器 选择菜单路径Main Menu>Solution 步骤五：加载 根据所给条件，施加适当的约束和载荷。 4. 举例说明 假定块体整体尺寸为101010创，底部挖半圆形孔洞，孔洞半径为4，弹性模量取值为42.0210Mpa ′，泊松比为0.16，选用修正的强化模型进行计算。图1为该模型的网格划分图，选用185Solid 进行计算分析，图2为Y 方向位移图，图3和图4分别是第一、第三主应力图。
镁质耐火材料高温蠕变特性的研究现状 张国栋1）游杰刚1）刘海啸1）罗旭东1）袁政禾2） 1）辽宁科技大学鞍山114044 2）鞍钢集团耐火材料公司鞍山114001 摘要：本文介绍了镁质材料高温蠕变特性的研究现状，并对镁质耐火材料的高温蠕变特性的理论进行了阐述，同时指出了将镁质蓄热材料用在高炉热风炉上的可行性。 关键词：镁质材料蠕变特性研究现状 1、引言 高炉生产的大型化发展，要求热风炉向着高风温和长寿命的方向发展，为了实现这一目标，除了热风炉本体的大型化与更合理的结构以外，作为热风炉中的关键材料之一——蓄热材料的发展将直接影响到热风炉的使用温度和使用寿命。而高炉热风炉对耐火材料的要求是：蓄热体各层材料的选择必须要在相应的使用温度下有很好的抗压，蠕变性能，抗碱金属蒸气与烟尘侵蚀性能，抗温度急变而不破坏的性能；蓄热体砖要有足够高的换热表面积以及有利于热交换的几何形状；蓄热体材质要尽可能高的导热系数以及材料体积比热容。 目前，我国采用以Al2O3-SiO2系材料的系列低蠕变砖，在热风炉的顶部和隔墙及蓄热室的上部采用优质硅砖，中部应用不同牌号的低蠕变高铝砖，下部采用低蠕变粘土砖。镁质材料与高铝质和硅质材料相比具有良好的蓄热性能和热导率以及很强的抗渣侵蚀性能；这些特点有利于热风炉的高炉的大风量高风温的操作和降低高炉焦比，提高高炉利用系数，增加生铁产量。但是，镁质材料的热震性能差、抗压蠕变性能不好，因此限制了这类材料在热风炉上的使用。所以，提高和改善镁质材料的这两方面性能是将镁质材料应用到热风炉上的关键。因此研究镁质材料的高温蠕变性能对扩大我国镁资源综合利用和炼铁产业有着重大的意义。 2、蠕变理论 高温蠕变理论是在对多种金属所作的完整的蠕变试验的基础上建立起来的。材料的高温蠕变是指材料在恒定的高温和一定的荷重作用下，产生的变形和时间的关系[1]。由于施加的载荷不同，耐火材料的高温蠕变可以分为高温压缩蠕变、高温拉伸蠕变、高温抗折蠕变、高温扭转蠕变等。其中压缩蠕变和抗折蠕变
名词解释： 1、沉积岩（sedimentary rocks）是组成岩石圈得三大类岩石（岩浆 岩、变质岩、沉积岩）之一。它是在地壳表层的条件下，由母岩的风化产物、火山物质、有机物质、宇宙物质等沉积岩的原始物质成分、经过搬运作用、沉积作用以及沉积后作用而形成的一类岩石。 2沉积岩石学（sedimentary petrology）是研究沉积岩的物质成分、结构、构造、分类及其形成作用，以及沉积环境和分布规律的一门地质科学。 沉积学：是研究沉积物的来源、沉积条件、沉积环境、沉积作用及沉积物转变为沉积岩的一系列复杂的成岩作用变化。 3风化作用：地壳最表层的岩石在温度变化、大气、水、生物等因素作用下，发生机械破碎和化学变化的一种作用。 4风化壳/风化带：由残余物质自称的地表岩石的表层部分，或者说已风化了的地表岩石的表层部分。 6紊流：是一种充满了漩涡的急流动的流体，流体质点的运动轨迹极不规则，其流苏大小和流动方向随时间而变化，彼此相互掺混。 7雷诺数（Re）：判别层流和紊流的准则。表示惯性力与粘带力之间的关系的一个数值，为一无量纲数。（当Re为1左右时，流动呈层流型，当Re大于40时，则出现“卡门涡街”，这时的流动叫做紊流或涡流。） 8弗劳德数（Fr）：在明渠水流中，按流动强度的不同可出现急流、缓流和临界流3种流态，这3种流态的判别标准是弗劳德数。表示惯性力与重力之间关系的一个数值。 9牵引搬运/牵引作用：能使碎屑物质作底负载移动的各种作用的总称。牵引流的搬运力表现在两个方面，一个是流体作用于碎屑颗粒上的推力（即牵引力），另一个是载荷力（或负荷力）。 10牵引流:符合牛顿流体定律，属静水流作用的流体，能沿沉积床底搬运沉积物，其搬运机制是流体动能拖曳牵引沉积物一起运动，如河流、风流、波浪流等。 11沉积物重力流:非牛顿流体，在重力作用下发生流动的弥散有大量沉积物的高密度重力流。 等深流：是由于地球旋转的结果而形成的温盐环流，这种底流平行于海底等深线作稳定低速流动，主要出现在陆隆区。 浊流：是深水沉积物重力流的一种类型。是靠液体的湍流来支撑碎屑颗粒，使之呈悬浮状态，在重力作用下发生流体。 内波：是存在于两个不同密度的水层界面上或是具有密度梯度的水体之内的水下波。 内潮波：若内波其周期等于半日潮或日潮的周期，即具有潮汐周期的低频内波，则称为内潮波。
蠕变模型 将flac3d 的蠕变分析option 进行了简单的翻译，目的是为了搞清楚蠕变过程中系统时间是如何跟真实时间对应的。 2.1 简介 Flac3d 可以模拟材料的蠕变特性，即时间依赖性，flac3d2.1提供6种蠕变模型： 1. 经典粘弹型模型 model viscous 2. model burger 3. model power 4. model wipp 5. model cvisc 6. powe 蠕变模型结合M-C 模型产生cpow 蠕变模型（model cpow ） 7. 然后WIPP 蠕变模型结合D-P 模型产生Pwipp 蠕变模型（model pwipp ）； 8 model cwipp 以上模型越往下越复杂，第一个模型使用经典的maxwell 蠕变公式，第二个模型使用经典的burger 蠕变公式，第三个模型主要用于采矿及地下工程，第四个模型一般用于核废料地下隔离的热力学分析，第五个模型是第二个模型的M-C 扩展，第六个模型是第三个模型的M-C 扩展，第七个模型是第四个模型的D-P 扩展，第八个模型也是第四个模型的一种变化形式，只是包含了压硬和剪缩行为。 2.2蠕变模型描述 2.2.1只介绍经典粘弹型模型即maxwell 蠕变公式 牛顿粘性的经典概念是应变率正比于应力，对于粘性流变应力应变关系以近似于弹性变形的方式发展。粘弹型材料既有粘性又有弹性，maxwell 材料就是如此，在一维空间它可以表示为一根弹簧（弹性常数κ）连接一个粘壶（粘性常数η），它的力-位移增量关系可以写成： η κ μF F + = ? ? （2.1） 式中? μ是速度，F 是力，设力的初始值为 F ，增量值为F '经过一个t ?时间步，式（2.1）可以写成
岩石材料本构模型建立方法 一、岩石本构模型的定义 岩石本构关系是指岩石在外力作用下应力或应力速率与其应变或应变速率的关系。岩石变形性质为弹塑性或粘弹塑性变形，变形性质主要通过本构关系来反映，本构关系，即研究弹塑性或粘弹塑性本构关系。 岩石是一种非均匀的各向异性的材料，内含微裂纹，有时还有宏观的缺陷如裂纹、空穴、甚至节理等。对这些缺陷存在且材料对缺陷敏感时往往容易发生事故。脆性材料不同于韧性材料，对缺陷十分敏感。 由于岩石结构非均质和非连续的复杂性，到目前为止，还没有一个统一成熟的岩石力学本构关系。研究岩石本构关系的方法，概括起来主要有以下两种： （1）唯象学方法 ①用实验或断裂理论研究岩石的破坏准则。其基本点是假设在强度极限以前岩石本构关系可以近似用线性关系描述； ②塑性力学，流变力学及损伤力学方法。塑性力学有经典和广义塑性力学两部分。经典塑性力学理论主要适用于金属材料，广义塑性理论适用于岩石材料。内时理论和流变力学在描述岩石时效方面的特性中发挥重要作用。损伤力学是以微观裂纹为出发点来深入研究介质的力学形态，及基础是内变量理论。 （2）物理力学机理方面 岩石在初始状态下呈现微观缺陷，在本构理论中必须考虑其影响。依据一定的细观或微观力学机理，建立细观或微观力学模型，并借助于一定的宏观力学方法以建立宏观本构关系。 建立岩石本构关系一般通过两个途径：①利用岩石单轴或三轴试验获得的应力应变曲线，通过数理统计的回归方法建立本构方程；②在实验观
察的基础上，提出某种基本假设，从而建立一个力学模型，并推导出相应的本构方程。 二、岩石的本构关系分类 本构关系分类以下三类： ①弹性本构关系：线性弹性、非线性弹性本构关系。 ②弹塑性本构关系：各向同性、各向异性本构关系。 ③流变本构关系：岩石产生流变时的本构关系。流变性是指如果外界条件不变，应变或应力随时间而变化的性质。 2.1 岩石弹性本构关系 1. 平面弹性本构关系 2. 空间问题弹性本构关系
第24卷 第3期应用力学学报Vo l.24 No.3 2007年9月CHINESE JOURNAL OF APPLIED MEC HANIC S S.2007 文章编号:1000-4939(2007)03-0386-05 丁基橡胶粘弹性材料的非线性蠕变本构描述* 高 庆 林 松 杨显杰 (西南交通大学 610031 成都) 摘要:对丁基橡胶ZN-17粘弹性材料进行了不同温度、不同应力水平下的蠕变实验,揭示了该材料的非线性蠕变特性。基于蠕变实验结果,对标准线性固体模型描述该材料蠕变行为的预言能力进行了评估,提出了新的非线性蠕变本构模型。通过与实验结果比较,表明新模型能较好地描述该材料的非线性蠕变特性。 关键词:ZN-17;粘弹性;蠕变;非线性变形行为;本构描述 中图分类号:O321 文献标识码: A 1 引 言 随着阻尼材料日益广泛的应用于各种工程实际,粘弹性材料作为阻尼材料已成为当今世界占有重要地位的一类新型材料,其时相关的力学行为(如蠕变、松弛、回复等)的实验研究也日益迫切[1-5]。蠕变是指在一定温度和恒定外力作用下,材料的形变随时间的增加而逐渐增大的现象,是粘弹性材料静态粘弹性的基本表现[2-4]。目前在结构分析中常采用标准线性固体模型、Burgers模型以及广义M ax-w ell模型等线性机械模型描述该类材料的蠕变行为,但随着粘弹性材料应用范围的扩大和环境要求的提高,非线性行为的本构关系研究已成为急需解决的问题[4-7]。许多学者[8-14]对各类粘弹性材料进行了蠕变实验研究,揭示其非线性行为,并建立了非线性本构模型。本文对丁基橡胶ZN-17粘弹性材料进行了不同温度、不同应力水平下的蠕变实验研究,表明该材料的变形行为具有非线性粘弹性特征。针对蠕变实验的结果,首先对标准线性固体模型对该材料的蠕变行为的预言能力进行了评估。为了改进模型预言能力,本文提出的非线性蠕变本构模型,预言结果与实验结果比较表明:本文提出的模型能较好地反映该材料的蠕变变形特性。 2 蠕变实验及结果分析 2.1蠕变实验条件 蠕变实验采用ZN-17粘弹性阻尼材料,使用直径Υ=10mm,高h=15m m的圆柱形试样。实验仪器为M ET RAVIB VA4000粘弹谱仪(温度范围为-150℃～450℃),激励模式为压缩模式。实验控制和数据采集都由计算机来实现。蠕变实验工况见表1。 表1蠕变实验工况 温度T应力σ0(各应力下保持时间为500s) 25℃0.022M P a、0.039M Pa、0.05M Pa、0.056M Pa 60℃0.011M P a、0.018M Pa、0.026M Pa、0.033M P a 100℃0.018M P a、0.025M Pa、0.032M Pa 2.2 蠕变实验结果及分析 对于一般粘弹性材料,其蠕变曲线分为两个阶段。第一阶段是瞬态变形与非稳定蠕变变形阶段,即一旦施加应力,试样立即产生瞬时应变,之后产生非稳定蠕变,有较大的蠕变速率dεc/d t,但随时间增加而逐渐减小;第二阶段为稳态蠕变阶段,蠕变应变随 *来稿日期:2005-12-29 修回日期:2006-10-31 第一作者简介:高庆,女,1939年生,西南交通大学,教授;研究方向———疲劳及材料本构关系。E-mail:gaoqing388@https://www.doczj.com/doc/283861543.html,
第四纪地质学学科（专业） 攻读硕士学位研究生培养方案 一、培养目标 第四纪地质学学科是地球科学领域中的基础学科，培养的硕士研究生应在德、智、体诸方面全面发展，具有创业精神和创新能力、从事科学研究、工程技术及管理的高级专门人才，以适应社会主义现代化建设的需要。具体要求如下： 1、努力学习马列主义、毛泽东思想和邓小平理论，拥护中国共产党，拥护社会主义，具有高度的精神文明和较高的综合素质，遵纪守法，品行端正，作风正派，服从组织分配，愿为社会主义经济建设服务。 2、在本门学科内掌握坚实的地质基础理论以及地貌与第四纪地质学的系统理论知识和基本实验技能，了解本领域的研究动态，基本上能独立开展与本学科有关的科学研究和生产工作。掌握一门外国语，能熟练地进行专业阅读并能撰写论文摘要；具有从事本学科领域内科学研究、大学教学或独立担负专门技术工作的能力，具有较强的综合能力，包括创新能力、分析问题与解决问题的能力、语言表达能力及写作能力，具有实事求是，严谨的科学作风。 3、坚持体育锻炼，具有健康的体魄。 二、学习年限 硕士研究生的学习年限为2-3年，课程学习和学位论文的时间各占一半。 硕士生应在规定学习期限内完成培养计划要求的课程学习和学位论文工作。若提前完成培养计划，经院系学位委员会审查，学校批准，可进行论文答辩毕业，通过者获得理学硕士学位。 三、研究方向 根据新的形势和要求，结合本学科专业当前发展的方向，可设置出学科、专业的研究方向。矿物学、岩石学、矿床学学科共设置下列3个研究方向。 1.第四纪地质与环境 2.第四纪地质与灾害预测 3.第四纪地质与新构造运动 四、课程设置 课程设置包括学位课、选修课和实践课，课程总学分为34或以上。学位课为必修课，含公共课、专业基础课，学分不低于20学分；选修课不低于12学分；实践课为必修课，含专业实践、社会实践和教学实践，学分为2学分。 理科硕士生选修数学课程的总学分不少于5学分，其中学位课中数学课等于或大于2学分；外语课总学分为6学分，提倡加强更多的外语课，通过考试取得相应学分，但不计入35学分内。 （一）学位课8门（共21学分） （1）公共学位课3门，10学分 包括自然辩证法、科学社会主义理论与实践和第一外国语。 （2）专业学位课5门，11学分 本学科点的专业学位课包括地质统计学、面向对象程序设计、数理统计与随机过程、沉积学、第四纪地质学。 （二）选修课19门（36学分） 选修课由指导教师和研究生根据专业培养方案的要求，根据研究方向的需要，以及研究生原有的基础和特长，爱好共同确定，给研究生留有充分的自学时间和选修的灵活性，鼓励研究生跨学科、跨专业选修课程，至少2学分，以拓宽研究生知识面，培养他们的适应能力，但所选课程学分不低于12学分。 在导师指导下研究生应阅读60篇以上的中、外文文献资料，且外文资料比例应占三分之一以上，并做到有检查，有考核。 选修课包括第二外国语和体育课，二者均不计学分。 （三）补修本科生课程
flac3D蠕变基础知识 蠕变模型 将flac3d的蠕变分析option进行了简单的翻译，目的是为了搞清楚蠕变过程中系统时间是如何跟真实时间对应的。 1. 简介 Flac3d可以模拟材料的蠕变特性，即时间依赖性，flac3d2.1提供6种蠕变模型： 1. 经典粘弹型模型model viscous 2. model burger 3. model power 4. model wipp 5. model cvisc 6. powe蠕变模型结合M-C模型产生cpow蠕变模型（model cpow） 7. 然后WIPP蠕变模型结合D-P模型产生Pwipp蠕变模型（model pwipp）； 8 model cwipp 以上模型越往下越复杂，第一个模型使用经典的maxwell蠕变公式，第二个模型使用经典的burger蠕变公式，第三个模型主要用于采矿及地下工程，第四个模型一般用于核废料地下隔离的热力学分析，第五个模型是第二个模型的M-C扩展，第六个模型是第三个模型的M-C 扩展，第七个模型是第四个模型的D-P扩展，第八个模型也是第四个模型的一种变化形式，只是包含了压硬和剪缩行为。 2. flac3d解流变问题 2.1简介 流变模型和flac3d其他模型最大的不同在于模拟过程中时间概念的不同，对于蠕变，求解时间和时间步代表着真实的时间，而一般模型的静力分析中，时间步是一个人为数量，仅仅作为计算从迭代到稳态的一种手段来使用。 2.2 flac3d的蠕变时间步长 对于蠕变等时间依赖性问题，flac3d容许用户自定义一个时间步长，这个时间步长的默认值为零，那么材料对于粘弹性模型表现为线弹性，对于粘塑性模型表现为弹塑性。（命令set creep off也可以用来停止蠕变计算。）这可以用来在系统达到平衡后再开始新的蠕变计算。蠕变公式中包含时间，所以计算中时间步长对程序响应有影响。 虽然用户可以对时间步进行设置，但并不是任意的。 蠕变过程由偏应力状态控制，从数值计算的精度来讲，最大蠕变时间步长可以表示成材料粘性常数和剪切模量的比值： For the power law ----------省略。For the WIPP law -----------省略 For the cvisc model, 上面方程应该写成：tmax = min ( ηK/GK，ηM/GM) 上标K和M分别代表Kelvin和Maxwell。 蠕变压缩的时间限制包括系统体积反应，并且估计为粘性和体积模量的比值。粘性可以表示为σ和体积蠕变压缩速率的比值。 建议利用FLAC3D作蠕变分析开始时所采用的蠕变时间步，比根据上式算得的时间tmax 小两到三个数量级。通过调用SET creep dt auto on ，可以利用自动时间步自动调整。作为
4.4 蠕变分析 4.4.1 蠕变理论 4.4.1.1 定义 蠕变是率相关材料非线性，即在常荷载作用下，材料连续变形的特性。相反如果位移固定，反力或应力将随时间而变小，这种特性有时也称为应力松驰，见图4-18a。 图4-18 应力松弛和蠕变 蠕变的三个阶段如图4-18b所示。在初始蠕变阶段，应变率随时间而减小，这个阶段一般发生在一个相当短的时期。在第二期蠕变阶段，有一个常应变率，所以应变以常速率发展，在第三期蠕变阶段，应变率迅速增加直到材料失效。 由于第三期蠕变阶段所经历的时间很短，材料将失效，所以通常情况下，我们感兴趣的是初始蠕变和第二期蠕变。ANSYS程序中的蠕变行为用来模拟初始蠕变和第二期蠕变。蠕变系数可以是应力、应变、温度、时间或其它变量的函数。 在高温应力分析中(如核反应堆等)，蠕变分析非常重要。例如，假设在核反应堆中施加了预荷载，以保证与相邻部件保持接触而不松开。在高温下过了一段时间后，预荷载将降低(应力松驰)，可能使接触部件松开。对于一些材料如预应力砼，蠕变也可能十分重要。最重要的是要记住，蠕变是永久变形。 4.4.1.2 理论介绍 蠕变方程：我们通过一个方程来模拟蠕变行为，此方程描述了在实验中观测到的主要特征（特别是在一维的拉伸实验中）。这个方程以蠕应变率的方式表示出来，其形式如下： 上式中，A、B、C、D是从实验中得到的材料常数，常数本身也可能是应力，应变，时间或温度的函数，这种形式的方程被称为状态方程。 上式中，当常数D为负值时，蠕应变率随时间下降，材料处于初始蠕变阶段，当D为0时，蠕应变率为常值，材料处于第二期蠕变阶段。 对于2－D或3－D应力状态，使用VON Mises方程计算蠕应变率方程中所使用的标量等效应力和等效应变。 对蠕变方程积分时，我们使用经过修改的总应变，其表达式为:
蠕变问题计算流程 为了简化塑料结构蠕变问题的计算(如降低蠕变应变与其他非弹性应变的耦合程度)，可以将该分析问题分成一个静态加载的过程，然后再进行蠕变过程的分析。 1．静态加载过程的计算 静态加载过程就是一与时间无关的加载过程，使用ABAQUS/Standard时主要是在 中设置，如图1所示。 图1 在中可以用于设置静态分析的几何非线性，设置增量步的增长等。 2．蠕变过程的计算 在通过步骤1的静态分析后，结构中将产生一个应力场，接下来可以进行蠕变过程的计算。蠕变过程的计算主要分为两个过程：获得该结构材料的蠕变模型参数和建立蠕变分析步。 1)获得材料的蠕变模型参数 目前ABAQUS蠕变模型有三种，分别是Power-law model和Hyperbolic-sine law model。其中Power-law model有两种形式为Time hardening form和Strain hardening form。其中Time hardening form形式最为简单，对于简单的蠕变过程（如蠕变过程应力变化范围不太大）是比较适用的，式(1)为其微分形式：
m n cr t q A ~=ε (1) 其中cr ε 为等效蠕变应变率，为cr cr εε :3 2 ； n q ~为等效偏应力； t 为时间。 m n A ,,分别为常数项，用于表征该材料的蠕变特性。常见的材料蠕变曲线族如 图2所示： 图2 由于图2中表征的是蠕变应变与时间和等效应力的关系，故必须对公式(1)积分，积分结果见公式(2)： 1 ~1++= m n cr t q m A ε (2) 其中0>n ，10->≥m 。然后可以用公式（2）拟合图2中的曲线族获得合适的三个参数。 表征材料蠕变特性的三个参数确定后，通过ABAQUS/CAE 的添加材料的蠕变特性，如图3所示：
蠕变 温度对金属材料力学性能的影响很大，随着温度升高，材料的强度降低而塑性增加；而材料在高温下，载荷持续时间对力学性能也会产生影响。因此，在高温下工作的材料，其力学性能与温度和时间两个因素有关。所谓高温，是指金属的服役温度超过了它的再结晶温度约0.4~0.5T m，T m是金属的熔点。在这样的高温下长时服役的金属，其微观结构、形变和断裂机制都会发生变化，在宏观上则会出现高温蠕变、持久断裂、应力松弛、高温腐蚀等现象。 材料在恒定应力作用下，其应变随时间的延长而逐渐增加的现象称为蠕变。由于蠕变而导致的断裂称为蠕变断裂。金属在低温下也会产生蠕变，但通常只有当温度升高到0.3T m以上时，蠕变现象才会比较显著。金属在高温下还会发生应力松弛现象，即在保持应变恒定的情况下，应力随着时间延长而减小的现象。由于蠕变和应力松弛的发生，应力和应变之间已不是单值的对应关系，而必须考虑温度和时间的影响。 温度对金属材料力学性能的影响很大，随着温度升高，材料的强度降低而塑性增加；而材料在高温下，载荷持续时间对力学性能也会产生影响。因此，在高温下工作的材料，其力学性能与温度和时间两个因素有关。所谓高温，是指金属的服役温度超过了它的再结晶温度约0.4~0.5T m，T m是金属的熔点。在这样的高温下长时服役的金属，其微观结构、形变和断裂机制都会发生变化，在宏观上则会出现高温蠕变、持久断裂、应力松弛、高温腐蚀等现象。 1. 蠕变曲线 蠕变：材料在恒定应力作用下，其应变随时间的延长而逐渐增加的现象称为蠕变。由于蠕变而导致的断裂称为蠕变断裂。金属在低温下也会产生蠕变，但通常只有当温度升高到0.3T m以上时，蠕变现象才会比较显著。金属在高温下还会发生应力松弛现象，即在保持应变恒定的情况下，应力随着时间延长而减小的现象。由于蠕变和应力松弛的发生，应力和应变之间已不是单值的对应关系，而必须考虑温度和时间的影响。 蠕变曲线：常载荷条件下的典型单轴蠕变曲线见图1 , 从图中可以看出蠕变的3 个典型阶段: 第一蠕变阶段AB (减速蠕变阶段)，第二蠕变阶段BC (稳定蠕变阶段)，第三阶段蠕变CD(加速蠕变阶段) 。在第二蠕变阶段(稳定蠕变阶段) , 蠕变速率近似为常数; 而在第三蠕变阶段, 蠕变速率逐渐增加,直至试件完全破坏。图1 中εe 代表瞬时弹性(或弹塑性) 应变,εp表示塑性应变,εc代表蠕变应变。
第三篇碳酸盐岩 01、碳酸盐岩岩石学在近20 多年中有哪些进展？ 02、何谓碳酸盐岩？试述碳酸盐岩沉积物及碳酸盐岩中的主要矿物成分及它们之间的关系？ 03、碳酸盐矿物具有什么化学特征？古代碳酸盐矿物与现代碳酸盐沉积物中的有何不同？ 04、碳酸盐岩在化学成分上有哪些特征？ 05、碳酸盐岩的成分分类及命名原则和方法是什么？ 06、何谓碳酸盐的结构组分？有哪几种类型？各有哪些主要特点？它们的主要形成阶段？ 07、试说明“盆内颗粒”、“盆外颗粒”、“异化颗粒”、“盆内碎屑（盆屑）”、“盆外碎屑”、“胶结物”、 “亮晶”、“填隙物”、“泥晶”、“基质”等的基本概念。 08、试说明各种内碎屑的特征及其形成环境。 09、何谓“巴哈马石”，并说明其形成机制？ 10、鲕粒有哪些类型？试绘图表示各种类型的鲕粒，说明各自形成条件及阶段？关于鲕粒形成的观点 有哪几种？有何根据？ 11、球粒、藻粒、团块的含义是什么？球粒有哪几种形成方式？它与粉屑有何区别？ 12、试述灰泥的形成及沉积后阶段的变化？ 13、何谓亮晶？试说明其形成作用？ 14、如何鉴别重结晶后的泥晶方解石（亮微晶）与亮晶胶结物？试列表对比其鉴别特征。 15、晶粒有哪几种类型，它们的成因如何？ 16、常见的碳酸盐岩构造有哪些类型？试分别说明其成因、特征及地质意义？其中要加深理解： a 叠层石的基本特征、类型及其形成作用，有何用途？ b 何谓鸟眼构造？它主要形成于什么环境？有何实际意义？ c 何谓示底构造？其形成条件及地质意义？ d 何谓虫孔（潜穴）？潮上带、潮间带、潮下带的虫孔各有什么特征？ e 何谓缝合线构造，形成条件及阶段，与油气的关系？ 17、碳酸盐岩的颜色有哪几种主要类型，其影响因素是什么？与沉积环境有何关系？ 18、碳酸盐岩的野外研究应从哪几方面入手，室内研究采用哪几种主要方法？ 19、碳酸盐岩有哪些分类方法？试述福克、顿哈姆、莱顿等学者的分类基本点？有何异同？ 20、颗粒、亮晶、碳酸盐泥在结构成因分类和成因解释中有何意义？福克的碳酸盐岩结构成熟度和结构 退变的含义是什么？ 21、顿哈姆提出的颗粒支撑、泥支撑与莱顿提出的颗粒/ 灰泥比值二者相比，从碳酸盐岩成因的角度如何 进行评价？ 22、试评论教材（第三版）中两端元（石灰岩）和三端元（石灰岩）分类的优缺点及它们的应用范围？ 23、试从三端元组分、主要岩石类型、形成的水动力条件，对比砂岩和石灰岩的三端元分类？ 24、试总结碳酸盐岩结构——成因分类的共同性。 25、我们是根据哪些原则对石灰岩进行分类的？其岩石命名的方法如何？ 26、石灰岩有哪几种基本类型？试分别说明内碎屑灰岩（砾屑、砂屑、粉屑）、鲕粒灰岩、生物碎屑灰岩、 球粒灰岩、泥晶灰岩、生物格架灰岩的主要特征，并说明它们形成于何种环境？根据是什么？ 27、现代沉积的碳酸盐有哪些类型？现代海洋浅水碳酸盐沉积有哪些特点？ 28、试说明现代碳酸盐沉积的形成机理，其形成的控制因素是什么？ 29、试根据巴哈马滩现代碳酸盐沉积物的分布，说明水动力条件对它的形成的影响。 30、现代深水碳酸盐沉积的结构特点是什么？ 31、何谓“补偿深度”？它对碳酸盐沉积有何意义？海洋中不同地区碳酸盐的“补偿深度”相差悬殊， 其原因何在？ 32、大陆湖泊碳酸盐与海洋的碳酸盐沉积有何异同？