相似材料模型实验中变形匹配的应力测量方法

摘要

实验方法与数值解析方法以及数值计算方法是计算结构内部应力三种方法。实验方法又分为现场实测和模型实验模拟，尤其在不均匀和各向异性的结构中模型实验方法更是有着巨大的作用。并且模型试验方法可以和数值模拟方法互为验证。模型试验方法最重要的有两点:一是相似材料的选择，二是应力的测量。
　　在模型试验过程中，正确地选择相似材料是能否正确模拟原型的关键因素，本文在借鉴以往相似材料研究现状基础上，借鉴前人经验，通过大量的实验配比，找到了一种适当的相似材料。这种材料以水泥、生石灰、石膏为胶结料，以砂子为骨料组成。通过大量的力学试验和对试验数据进行分析，并对弹性模量和泊松比进行重点试验，并对数据拟合，最后得到的相似材料具有抗压强度与抗拉强度比值高、性能稳定易于购买、价格便宜、易加工堆砌等特点，是比较理想的相似材料。
　　而应力应变的测量目前主要采用外贴应变片和内置压力盒的方法，都无法准确描述结构内部应力分布，本文依据上述所做试验，制作了基于变形匹配的应变应力砖，此类应变砖可广泛应用于相似试验结构内部应力测量。
　　在此基础上，本文针对辽宁省大石桥市小圣水寺菱镁矿进行两向加载模拟初始应力，测量模型开挖后应变和应力，通过相似原理得到实际应力状态，并与ANSYS数值计算的结果进行对比。结果表明，相似试验的结果与数值计算的结果比较吻合，可认为所用的相似材料尤其是所制作的应变应力砖是广泛使用的。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题的背景及研究意义

1．2 相似材料以及实验力学研究现状

1．2．1 实验力学的形成与发展

1．2．2 物理模型试验技术研究现状

1．3 本论文的主要内容和研究方法

第2章 相似理论与模型实验原理

2．1 相似材料模型法

2．2 相似理论

2．2．1 相似原理

2．2．2 相似准数的导出

2．3 相似模型材料判定

第3章 相似材料的研究

3．1 相似材料几何参数的确定

3．2 相似材料参数的选择

3．2．1 相似准数的选择方案

3．2．2 重力场相似材料的选择方案

3．3 相似材料的试验

3．3．1 相似材料的材料成型

3．3．2 相似材料的材料抗压强度、压缩弹性模量和泊松比的测量

3．3．3 实验数据处理

3．4 预埋应力砖的制作

3．4．1 相似材料应变砖基本原理

3．4．2 电阻应变片布置原理

3．4．3 应变砖的制作

第4章 相似试验模拟巷道开挖

4．1 工程背景

4．2 相似材料的选择

4．3 无支护巷道开挖模拟

第5章 数值模拟验证

5．1 数值模拟

5．2 数值模拟结果

5．3 模型试验与数值模拟结果对比

第6章 结论与展望

6．1 本文结论

6．2 展望

参考文献

致谢

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