层裂损伤发展过程的数值分析
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CDEM(Continuous-Discontinuous Element Method)是一种有限元与离散元耦合的显式数值分析方法,主要用于岩土等材料渐进破坏过程的模拟。
该方法的特点是,在模拟材料弹塑性变形的同时,可以模拟显式裂缝在材料中的萌生、扩展及贯通过程。
CDEM中的数值模型由块体及界面两部分构成。
块体由一个或多个有限元单元组成,用于表征材料的弹性、塑性、损伤等连续特征;两个块体间的公共边界即为界面,用于表征材料的断裂、滑移、碰撞等非连续特征。
CDEM中的界面包含真实界面及虚拟界面两个概念,真实界面用于表征材料的交界面、断层、节理等真实的不连续面,其强度参数与真实界面的参数一致;虚拟界面主要有两个作用,一是连接两个块体,用于传递力学信息,二是为显式裂纹的扩展提供潜在的通道(即裂纹可沿着任意一个虚拟界面进行扩展)。
CDEM采用基于增量方式的显式欧拉前差法进行动力问题的求解,主要包含节点合力计算及节点运动计算两个部分。
节点合力计算如式(1)所示,为:F=FE+Fe+Fc+Fd (1)其中,F为节点合力,FE为节点外力,Fe为有限元单元变形贡献的节点力,Fc 为接触界面贡献的节点力,Fd为节点阻尼力。
节点运动计算如式(2)所示,为:a=a+v+ (2)其中,a为节点加速度、v为节点速度、为节点位移增量,u为节点位移全量,m 为节点质量,为计算时步。
基于式(1)、式(2)的交替计算,即可实现显式求解过程。
此外,CDEM还具有以下特点:有限元部分的求解采用增量法进行有限元单元应力及节点变形力的计算。
离散元部分的求解则主要关注颗粒或块体之间的相互作用和运动。
CDEM通过将连续介质数值方法与非连续介质数值方法进行深度融合,实现了能量层面上的统一。
该方法可实现地质体及人工材料渐进破坏过程的模拟。
以上内容仅供参考,建议查阅关于CDEM的专业文献或咨询相关专家以获取更全面准确的信息。
裂隙非饱和渗流试验研究及地表入渗裂隙岩体渗流数值分析1.本文概述本文旨在探索裂隙中非饱和渗流现象的实验研究方法和理论,通过数值分析方法全面分析具有地表入渗效应的裂隙岩体的渗流特性。
裂隙非饱和渗流是地下工程、环境地质、能源开采等领域广泛关注的重要问题。
其复杂性源于裂缝介质的非均质性和各向异性,以及与饱和和非饱和转换过程的密切耦合。
有鉴于此,本研究的目的是为理解这种复杂的渗流行为提供坚实的经验基础和精确的模拟工具。
阐述了裂缝非饱和渗流试验的设计与实施过程。
我们使用先进的实验室设备模拟真实的裂缝结构,精确控制水条件,实现非饱和状态下的渗流实验。
在实验中,重点考察了裂缝几何特征(如宽度、间距、连通性)、孔隙介质特征(如粒度分布、孔隙度、渗透率)和边界条件(如压力梯度、入渗速率)等因素对非饱和渗流规律的影响。
通过精心设计的一系列对比实验,该系统收集并分析了非饱和渗流流速、压力分布、水分特征曲线等关键数据,旨在揭示裂缝中非饱和渗流的内在机理及其对各种影响因素的敏感性。
本文建立了地表入渗条件下裂隙岩体渗流问题的详细三维数值模型。
该模型充分考虑了裂隙网络的复杂性、非饱和土壤水动力方程以及地表入渗水流的动态注入过程。
采用有效的数值计算方法,如有限元法或有限差分法,求解模型,模拟不同降雨模式、地表覆盖条件和裂隙网络参数变化下裂隙岩体内部的水传输、饱和度分布和压力场。
通过与实验数据的比较和验证,保证了数值模型的准确性和可靠性。
在理论分析层面,本文还探讨了非饱和渗流理论在裂隙介质中的适用性和修正性,包括BrooksCorey、van Genuchten等模型在描述裂隙介质水特征曲线方面的适应性,以及考虑裂隙粗糙度和毛细管力效应等因素进行非达西流修正的必要性。
这些理论探索有助于更深入地理解裂缝中非饱和渗流的基本规律,并为改进模型参数的选择和标定提供理论指导。
本文将严格的实验研究与先进的数值分析相结合,系统地探讨了裂隙中的非饱和渗流现象及其在地表入渗条件下的表现。
项目名称:重大工程地质灾害的预测理论及数值分析方法研究首席科学家:李世海中国科学院力学研究所起止年限:2010 年 1 月-2014 年8 月依托部门:中国科学院一、研究内容一关键的科学问题长期的研究和实践表明,工程地质灾害预测需要判断和掌握地质体的当前状态,揭示地质灾害的成灾机理和过程,建立地质体破坏的准则,定量地描述地质体的破坏规律和灾害发生的规模。
因此,工程地质灾害预测需要从大量的具体案例中提炼出共性问题,集中解决三个关键科学问题:1 复杂地质体破坏状态识别方法,(2)地质体渐进破坏演化规律与预测理论,(3)工程地质灾害成灾过程的跨尺度计算方法。
在解决上述关键问题的基础上,就可以为各种不同类型的工程地质灾害预测的科学化、规范化提供理论依据。
1、复杂地质体破坏状态识别方法复杂地质体的力学行为具有很强的随机性和不确定性,地质监测或勘察通常只能获得地质体状态的局部信息,不能为地质灾害预测提供足够的数据。
通过对地质体演化过程中状态参数的连续监测和数值在线的分析,可以不断积累监测信息,间接获得更多的地质体内部破坏状态信息,提高地质灾害预测的准确性。
因此,将复杂地质体破坏状态识别方法研究作为关键的科学问题,基于地质体监测和勘察数据,建立实时监测信息与地质体内部破坏状态之间的联系,依托高性能数值计算平台发展数值在线分析方法,不断跟踪地质灾害体的变化,逐步实现由局部推演全局、由现在预测未来,达到工程地质灾害预测的目的。
2、地质体渐进破坏演化规律与预测理论地质灾害体在多种诱发因素作用下,通常经历局部再破坏、贯穿性破坏、碎裂性破坏和运动性破坏几个阶段。
研究地质体的破坏由一个阶段演化为另一个阶段的过程对地质灾害预测至关重要。
因此,本项目将地质体渐进破坏演化规律与预测理论作为关键的科学问题,将预测地质灾害成灾阶段转化为对地质体破坏状态的判断,建立地质体内部破裂与灾害前兆信息之间的联系,研究地质体各破坏阶段的破坏机理和判断准则,通过往复地比对现场数据和数值模拟结果,建立可测物理量和内部状态之间的联系,发展地质灾害的预测理论。
金属矿山地下圆形硐室拉张破裂数值模拟段锡健,杨惠雯(金诚信矿业管理有限公司,北京市海淀区长春桥路5号新起点嘉园12号楼15-16层100089)摘要:地下硐室不仅受地应力,还受地震动荷载的作用,原本平衡稳定的地下结构,在地震作用下就可能失稳和破坏。
可见地应力与地震对地下硐室的稳定都起到很重要的作用。
为了分析地下硐室结构裂纹形成的原因,揭示硐室拉张破裂的破坏规律。
通过采用可模拟拉张破裂的有限元软件,给出拉张破裂的判据,针对不同半径的圆形硐室模型结果,进行分析比较,总结破坏规律。
模拟结果显示,拉应力集中在硐室顶底部,在拉应力最大点首先开裂,开裂后应力重新分布形成新的应力集中,单元破裂后,抵抗变形和破坏的能力下降,加速裂纹的产生;对于半径尺寸不同的圆形硐室,随着半径的增大,裂纹分布发生变化,由圆形硐室周围,向轴线方向转移。
数值模拟与实际工程分析较接近,对于确定合理的开挖程序具有一定的参考价值。
关键词:硐室;数值模拟;拉张破裂Erzmetall mountain of the circular room for the broken numerical simulationDuan Xijian1 Yang Huiwen1(JCHX MINING MANAGEMENT CO.,LTD.,Floor 15, Building 12, Xinqidianjiayuan, No.5, Changchunqiao Road, Haidian District, Beijing Post Code: 100089)ABSTRACT:The underground chamber is not only subject to stress, but also affected by the role of seismic load, Original balance and stability of underground structures,Undering earthquake is will be instability and possible be damaged. It shows that stress and seismic stability of underground chambers have played an important role. In order to analyze the reason of the structural crack of the underground chamber and reveal the failure law of the tensional fracture of the chamber. It adopted the software of finite element to simulate rock tension fracture, give the breakdown of extensional criterion. By analyze and compare, Summarizing the failure law. Simulation results show that the tensile stress concentrated on both top and bottom side of the chamber, the crack firstly happened in the maximum stress node, then new concentreated stress formed after the redistribution stress. The ability of resist deformation and damage were descended after element breakdown, accelerated cracks; As the radius increases, Crack Distribution will change, it transfers from circular chamber around to axial direction. Numerical Simulations are close to practical engineering, so it will have certain reference value to confirm the reasonable excavation sequence.Key words: chamber;numerical simulation ;tension fracture0 前言地下硐室(underground cavity)是指人工开挖或天然存在于岩土体中作为各种用途的构筑物,指在岩体或土体中开挖后形成的满足一定生产、生活、防护、储存的建筑空间。
纤维增强复合材料结构的层间和层内损伤分析作者:暂无来源:《智能制造》 2016年第11期本文介绍了一种针对纤维增强复合材料结构的高级损伤分析的解决方案,该方法包含成熟的复合材料结构层间和层内损伤的材料模型和判据,能够针对铺层的损伤失效模式进行分析。
本文首先介绍了复材层间和层内损伤模型,然后通过对一个标准复材曲梁进行虚拟的四点弯曲试验,验证了所应用方法的准确性。
一、引言在复合材料结构分析中最主要的挑战就是需要预测它们的损伤失效行为。
复合材料主要的损伤失效模式包含层间失效和层内失效。
层间失效指相邻层之间的分离,这种现象出现在开孔,厚度过渡区和自由边附近,也较多出现在应力集中状态区域。
为了模拟层间失效模式,需要采用特殊的断裂力学方法及粘接单元方法。
层内失效包含纤维断裂、基体破坏和纤维与基体的脱离三种不同的失效模式,可以用经典的校核准则如:Tsai-HiⅡ,Tsai-Wu 及Puck 等做一些简单分析。
如果需要分析层内失效及裂纹扩展的过程,还需要特殊的非线性损伤模型和判据。
本文首先介绍了经典的层间和层内失效的模型及判据,然后以复合材料曲梁四点弯曲为例,研究层间失效和层内失效的建模和分析方法,并将分析结果与试验结果进行比对。
二、层间失效模型对于层间失效的分析,包含断裂力学分析方法和粘接单元分析方法,相比较而言粘接单元方法既能分析复合材料结构是否会发生分层破坏,而且能模拟整个层间失效和裂纹扩展的过程,因此是一种更加常用的方法。
粘接单元方法是在层与层之间添加粘接单元,定义粘接单元相关的模型属性,并基于文献1 所提到的理论来进行层间失效的分析。
该理论中包含三个损伤变量dⅠ, dⅡ 和dⅢ,分别代表Ⅰ 型、Ⅱ 型和Ⅲ型三种不同的层间失效模式。
层间失效的理论判据如下:在结构加载中,上述的三个损伤变量有相同演化过程,所以通过设置一个损伤变量d 就可以对分层损伤进行模拟。
这个损伤变量d 与损伤广义力Y 相关,分别有三种不同的粘性法则,如图1 所示指数型,三角形型,多项式型)。
总757期第二十三期2021年8月河南科技Henan Science and Technology风机基础混凝土裂缝数值分析及加固方案研究陈加兴1何吉2谭争光1(1.中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司,湖南长沙410014;2.武汉大学,湖北武汉430072)摘要:风机基础的结构完整是风机能够安全运行的重要保障。
但是,近年来风机基础频繁出现混凝土开裂的现象。
由于实际工程中难以量化判断裂缝对风机基础结构的危害程度,因此难以提出合理的加固方案。
采用有限元数值分析方法对风机基础裂缝进行结构受力分析,研究裂缝对风机基础结构造成的影响,并据此提出加固方案,能够为实际工程提供参考。
关键词:风机基础;混凝土裂缝;加固方案;数值分析;有限元中图分类号:TU755文献标识码:A文章编号:1003-5168(2021)23-0098-05 Numerical Analysis of Concrete Cracks in Fan Foundation andStudy on Reinforcement SchemeCHEN Jiaxing1HE Ji2TAN Zhengguang1(1.Powerchina Zhongnan Engineering Co.,Ltd.,Changsha Hunan410014;2.Wuhan University,Wuhan Hubei430072)Abstract:The structural integrity of the Fan Foundation is an important guarantee for the safe operation of the fan. However,the concrete cracking of the fan foundation occurs frequently in recent years.It is difficult to quantify the damage degree of the cracks to the fan foundation structure in practical engineering.Therefore it is difficult to put for⁃ward a reasonable reinforcement scheme.In this paper,the finite element numerical analysis method is used to ana⁃lyze the structure stress of the Fan Foundation crack,and the influence of the crack on the fan foundation structure is studied.Keywords:wind turbine foundation;concrete crack;reinforce scheme;numerical analysis;finite element1随着国内风电项目大规模建设,近年来风机基础出现混凝土裂缝的现象越来越多,其中最常见的是混凝土台柱裂缝。
新城金矿滕家矿区深部巷道围岩破坏与数值分析由伟; 张姝婧; 李怀宾; 刘滨; 杨晓明; 赵兴东【期刊名称】《《金属矿山》》【年(卷),期】2019(000)004【总页数】5页(P6-10)【关键词】深部巷道; 围岩破坏; 数值分析; 弹塑性分析; 岩石力学【作者】由伟; 张姝婧; 李怀宾; 刘滨; 杨晓明; 赵兴东【作者单位】山东黄金矿业股份有限公司新城金矿山东莱州261438; 东北大学采矿地压与控制研究中心辽宁沈阳110819【正文语种】中文【中图分类】TD322随着矿山开采深度逐渐增加,不仅岩体自重应力随开采深度增加不断增大,当达到一定开采深度后,岩体构造应力大于自重应力,致使岩体节理构造对巷道围岩体稳定性的影响越来越大[1-2]。
在矿山深部爆破开凿巷道,巷道开挖后导致应力重分布,当开挖扰动应力大于围岩体强度时,造成巷道围岩产生变形、塑性破坏、岩体冒落等现象(图1),高应力条件下亦可能致使围岩体发生岩爆灾害,需要对巷道围岩体进行有效支护[3]。
当巷道掘进施工中遇到复杂工程地质条件,诸如断裂构造、节理发育、裂隙密集,围岩体破碎等一些特殊地质构造区域,其巷道掘进时巷道地压活动明显、岩体力学特性复杂等,一旦选择的支护类型不合理或者支护不及时,巷道围岩就会发生离层、滑动、裂隙张开、扩大等变形与破坏,给井巷工程掘进与稳定性维护造成困难[4-5]。
巷道围岩在受到开挖影响会导致应力重分布,通常变形会导致巷道围岩产生失稳破坏。
对于巷道围岩破坏分析方法主要分为理论分析、数值计算、工程类比法三大类。
理论分析法包括基于弹塑性力学的原断面巷道围岩塑性区计算方法、剪切滑移方法,太沙基地压理论,普氏拱方法;数值模拟法包括FLAC3D,Phase2,Ansys等软件;工程类比法主要为Q、RMR和GSI等岩体分级的巷道围岩压力计算方法,但对巷道围岩破坏类型分类方法还是缺少系统的分析描述[6-7]。
针对新城金矿滕家矿区深部巷道围岩地压显现特征及其稳定性分析,通过现场进行工程地质调查,现场取样进行岩石力学实验,进行岩体稳定性分级及岩体力学参数估算,进而获取主运输巷道围岩的物理力学性质,应用Phase2软件分析巷道围岩体破坏特征,判断危岩体赋存的空间位置及其失稳机理,进而为深部巷道的支护设计提供理论依据。
第42卷第2期2013年2月热力发电T H E R M A L P O W ER G E N E R A T I O NV01.42N o.2Feb.2013给水泵筒体奥氏体堆焊层裂纹[摘要][关键词] [中圈分类号] I r el编号]应力强度数值分析梁卫兵,张江涛,吴宝鑫上海电力修造总厂有限公司,上海201316针对给水泵筒体奥氏体堆焊层出现的裂纹,采用有限元法对装配体进行热一应力结构耦合分析,同时优化结构模型,分析螺栓孔均布半径R1和堆焊层最大外半径R2对堆焊层及筒体力学性能的影响,并利用Lar son-M i l l e r参数分析堆焊层处的老化行为。
结果表明,原筒体模型堆焊层处最大应力发生在包角口为0。
的面上,且P1的最大应力值远大于P2、P3,裂纹有由螺纹孔根处向外扩展的趋势I在2×R l= 685m m,2×R2=605m m时筒体结构的安全系数较高;结构优化后的筒体使用寿命大幅提高。
给水泵;筒体;奥氏体堆焊;裂纹;热一应力耦合;Lar s on-M i l l er参数;有限元T K225[文献标识码]B[文章编号31002—3364(2013)02—0054—0410.3969/J.i ssn.1002—3364.2013.02.054N um er i cal anal ys i s on st r es s i nt ens i t y of aus t eni t e s ur f aci ng w e l di ngcr ack on B FP casi ngL I A N G W ei bi ng,ZH A N G J i angt ao,W U B aoxi nSh a nghai P o w e r E qui p m ent M anuf act ure C o.,L t d.,Sh anghai201316,C hi naA bs t r a c t:C r ac ks appear ed at aus t eni t i c s ur f a ci ng l a yer ofB FP(boi l e r f e ed pum p)cas i ng.Fi ni t e el-em ent m et hod w as adopt ed t o conduct t her m al-s t r e s s c oupl i ng s i m ul a t i on on t he as s em bl y body.M oreover,t he s t r uc t ur e m odel w as opt i m i zed t o s t udy t he i nf l uence of uni f or m di st r i but ed r a di us of bol t hol e R1and t he m axi m um out e r r a di us of s ur f a ci ng w el di ng l a yer R2on s ur f a ci ng l a yer and c asi ng m echani cal pr ope r t i es.Fur t he r m or e,t he agi ng behavi or of aus t eni t i c s ur f a ci ng l a yer w as i nve st i ga t e d by Lar s on-M i l l er par am et er s.The r es ul t s s how e d t ha t,t he m a xi m um s t r es s a t s ur f a ci ng l a yer of or i gi nal ca s i ng m odel occur red i n s ur f a ce w i t h w r ap angl e of0。