细观损伤

摘要： 为研究复合固体推进剂HTPB、NEPE和GAP推进剂的细观损伤行为,采用原位拉伸扫描电镜实验、数字图像处理技术和分形维数理论相结合的方法定性、定量地分析了推进剂在拉伸过程微裂纹的产生及演变过程。结果表明,HTPB推进剂拉伸破坏的起始点为大粒径的AP颗粒破裂形成的微裂纹,拉伸过程无明显“脱湿”,其裂纹变化趋势可以用拉伸过程裂纹分形维数描述;裂纹分形维数与拉伸过程的力-伸长率曲线一致。NEPE推进剂拉伸过程中主要的损伤是固体颗粒“脱湿”,有部分AP颗粒破裂。GAP推进剂中AP颗粒和CL-20颗粒与粘合剂基体均未见明显脱粘,拉伸破坏的起始点为AP颗粒脱落形成的凹坑和AP颗粒堆积区域。揭示的三类复合固体推进剂在细观层面的损伤演化特点,可为推进剂力学性能研究提供理论参考。

摘要： 针对实验室开展某些弹药力学响应实验时存在的安全问题,制备了PBX模拟炸药并研究了其力学性能,获得了不同应变率下的力学响应过程,并与PBX9501进行了对比;建立了PBS模拟炸药的广义黏弹性统计损伤本构模型(Vicso-SCRAM),利用有限元ABAQUS中VUMAT模块编写子程序,模拟了PBS模拟炸药的SHPB动态压缩实验,验证了所建立的损伤本构模型的有效性;利用SEM扫描电镜观察了PBS加载前后的细观形貌。结果表明,PBS材料具有明显的应变率效应,且其静态/动态力学性能与压装PBX比较相似;PBS细观结构及损伤形貌与PBX较为相似,在准静态加载条件下PBS材料主要发生黏结剂脱粘,在动态加载条件下则以穿晶断裂为主。

摘要： 材料内部的微裂纹会造成材料或结构的各项机械性能指标下降,其中包括剪切模量。随机分布的微裂纹对剪切模量的影响与其分布的规律有关,分析这种影响需要利用细观损伤力学理论,采用的方法有平均化方法和统计方法,同时还要结合弹性力学理论的复变函数法。分析一个受剪切载荷作用的薄板内部的一个代表性单元,其内含有按某种规律分布的随机微裂纹,先利用复变函数法和平均化法求出每一条微裂纹附近的局部剪应力和局部剪应变,再应用统计学方法推导出代表性单元的总体剪应力和剪应变,继而得到它的剪切模量。在分析过程中特别考虑了闭合裂纹面间的摩擦效应,使得模型更符合客观实际。针对微裂纹具体的一种分布进行了相关的数值计算,结果表明,薄板的剪切模量随微裂纹密度增加而下降的趋势符合预期。

摘要： 为在细观尺度上分析粗骨料、界面、砂浆基体参数对混凝土单轴破坏力学性能的影响,基于细观损伤力学和混凝土内部各相材料的本构关系,采用混凝土损伤塑性模型表达,本文运用有限元法分析四级配混凝土立方体试件单轴破坏的力学性能。分析结果表明:单轴荷载作用下,混凝土的宏观破坏是由于内部初始损伤不断演变、扩张、聚集的结果,数值分析的最终破坏形态与宏观破坏形态基本吻合,说明该分析方法合理可行。

摘要： 利用岩石CT扫描技术对冻融循环作用下的矽卡岩试样进行扫描,得到了不同冻融循环次数下矽卡岩的冻融损伤结构劣化特征.运用数字图像处理技术对矽卡岩的损伤结构劣化特征进行提取,初步分析了冻融循环过程中矽卡岩内部裂隙损伤的演化过程.根据岩石损伤力学,选取以图像像素点数量所表示的损伤变量,建立了矽卡岩损伤变量与冻融循环次数间的关系曲线,以此对矽卡岩的细观损伤扩展机理进行了定量研究.研究结果表明:随着冻融循环次数的增加,矽卡岩损伤变量呈现先降后增的变化规律;受冻融条件影响,矽卡岩细观损伤劣化程度也随之增大.

摘要： 为了研究黏接界面细观损伤破坏过程,对其进行了原位拉伸试验,采用扫描电镜(SEM)对试验过程进行了观察,得到了拉伸过程黏接界面细观形貌演化过程SEM图像;采用数字图像相关方法对SEM图像进行了处理,获得了黏接界面原位拉伸过程应变场演化规律.结果表明,黏接界面原位拉伸过程中,外界拉伸应变较小时,损伤主要位于推进剂/衬层界面处,推进剂内部损伤较小;随外界拉伸应变的增大,推进剂内部颗粒脱湿使黏接界面损伤急剧增大,推进剂内部损伤区域不断扩展最终贯穿整个黏接界面是其主要失效模式;SEM与数字图像相关方法结合,可以有效地应用于黏接界面原位拉伸过程变形场的测量,为分析黏接界面细观损伤破坏过程提供了新的方法;原位拉伸过程中,全场的应变随外界拉伸应变的增大而增大,其中εx远远大于εy和εxy;外界拉伸应变从5％ 增至25％,x方向平均应变ε-x的极值位于衬层处,从0.07增至1.25;外界拉伸应变从25％ 增加至28％,推进剂ε-x急剧增大,黏接界面失效时,推进剂ε-x约为1.85.

摘要： 在细观层次上建立由天然骨料、旧界面、旧水泥砂浆、新界面和新水泥砂浆组成的再生混凝土五相随机骨料模型.对建立的模型进行单轴压缩和损伤断裂的细观数值模拟,研究尺寸效应对细观损伤和力学性能的影响.结果表明:随着试件尺寸从75 mm×75 mm增加到100 mm×100 mm和150 mm×150 mm,试件抗压强度分别下降了4.5％和8.3％;在所有试件中,初始损伤和拉剪应力都先集中出现在内界面区,但随着尺寸的增大,试件最终的损伤值也随之降低.

摘要： 材料内部的解理、滑移面剥离等细观损伤是引起宏观失效的根源,从细观尺度研究损伤的发生和发展有助于深入认识材料的变形和失效过程.本文基于晶体塑性理论,从滑移系的受力和变形出发研究材料的细观损伤,建立了考虑滑移面分解正应力的细观损伤模型,为晶体材料解理断裂的分析提供了新方法.首先,在晶体弹塑性变形构型的基础上引入损伤变形梯度张量的概念,从变形运动学着手建立了考虑损伤能量耗散的本构方程,并推导了塑性流动方程与损伤演化方程;然后,建立了相应的数值计算方法,给出了应力与状态变量的更新算法,推导了Jacobian矩阵的表达式;接着,以[100]取向的单晶铜材料为例,通过有限元计算与试验结果的对比,并采用粒子群优化算法标定了11个材料细观参数;最后,将所提细观损伤模型应用于RVE单轴拉伸过程的模拟,得到了考虑损伤影响的应力应变曲线,并分析了材料的塑性流动与损伤演化过程.结果表明,本文所提模型能够计算材料在受载过程中的损伤累积效应,合理反映晶体材料的细观损伤机理.

摘要： 为了研究固体火箭发动机推进剂/衬层/绝热层粘接界面的细观损伤特点,建立了其细观代表性体积单元.针对推进剂内部颗粒夹杂的特点,采用分子动力学方法对其进行了颗粒填充处理.将基于表面粘结损伤的粘性接触算法用于粘接界面推进剂一侧内部颗粒脱湿的模拟,采用最大主应力准则用于模拟粘合剂基体的损伤与失效过程.研究结果表明,数值模拟结果的损伤形貌与试验结果吻合良好,建立的数值模型能较好地反映粘接界面细观损伤过程;对于初始粘接良好的粘接界面,颗粒的脱湿与粘合剂基体的损伤导致了拉伸过程中粘接界面应力应变曲线的非线性;为了提高粘接界面抵抗脱粘的能力,一方面应提高推进剂内部颗粒与粘合剂基体的粘接强度,另一方面颗粒脱湿之后,提高粘合剂基体的最大失效应力.

摘要： 本文针对再生混凝土材料,利用均质化分析方法,建立了串联均质化模型,采用新型有限元法——基于余能原理的基面力单元法对再生混凝土进行细观层次的损伤研究,利用所编非线性损伤基面力单元法分析程序,分析了再生混凝土在单轴压缩荷载情况下的应力应变软化曲线和破坏机理,并将计算结果与试验和细观随机骨料模型分析方法的结果进行对比分析。研究结果表明:这种串联均质化分析方法可以用于分析再生混凝土材料的非线性损伤分析,可以得到再生混凝土材料的抗压强度、应力应变软化曲线和裂纹扩展的过程。

摘要： 在混凝土细观损伤演化特性的CT 试验基础上,以密度损伤(CT数变化)变量为基础建立了混凝土分段损伤演化方程,并通过细观单元弹性模量的折减程度反映出混凝土试件在加载过程中的细观损伤程度,进行了静载作用下混凝土试件单轴受压的细观损伤数值模拟.并从混凝土破坏图和荷载-位移曲线图两方面比较了数值模拟破坏过程与CT 试验结果,发现试件破坏时裂纹扩展过程与CT 观测到的相似,实现了将细观密度损伤(CT数变化)与试件的宏观力学性能的劣化相联系,为改进试验设计提供了力学依据,并使在可靠和有效的前提下用数值方法取代部分试验成为可能.

摘要： 在混凝土细观损伤的CT试验基础上，以密度损伤(CT数变化)变量为基础，建立了混凝土分段损伤演化方程，以此进行了混凝土试件单轴受压的细观损伤数值模拟。并从混凝土破坏图和荷载.位移曲线图两方面比较了数值模拟结果与CT试验结果，结果表明，试件破坏时裂纹扩展过程与CT观测到的相似，实现了将细观密度损伤(CT数变化)与试件的宏观力学性能的劣化相联系，为改进试验设计提供了力学依据，并使在可靠和有效的前提下用数值方法取代部分试验成为可能。

摘要： 为揭示冻融岩石从微观到宏观的破裂破坏过程,进行了不同冻融循环次数的核磁共振试验,获得砂岩在0次、5次、10次、20次、30次、40次、50次冻融循环后T2谱曲线及孔隙度变化规律.基于磁共振分层技术,对岩石内部孔隙的发育、扩展情况进行准确的分析和判断.从内部细观结构和宏观裂纹形态两个角度分析了冻融岩石动态损伤演化规律.研究表明:冻融循环作用下岩石的内部孔隙特征变化存在界值点,且随着冻融循环次数的增加,岩石内部微孔数量减小,介孔数量明显增大.岩石的冻融损伤过程有明显的各项异性,岩石两端(表面)的冻融损伤比中间(内部)的冻融损伤更加严重,造成岩石内部孔隙结构特征变化差异性.岩石冻融损伤是由孔隙扩展、裂隙发育、裂隙扩展三阶段组成的一个递进损伤动态过程,且损伤过程是表及里由的多种损伤机制共同作用.

摘要： 钢框架梁柱焊接节点在强烈地震载荷作用下常发生断裂破坏现象,本文应用细观损伤和连续损伤模型研究焊接节点的超低周疲劳断裂问题.建立了用于超低周疲劳断裂预测分析的细观损伤模型和连续损伤分析模型,基于材性试验标定了梁柱焊接节点区母材和焊缝金属的细观损伤参数和连续损伤参数.开展了两类不同焊接孔形焊接节点在单调荷载和超低周循环荷载下的断裂破坏试验,结果表明通过改善节点处的焊接孔形可以提高节点的塑性变形能力和延性,提高抗震性能.运用两类损伤模型,计算分析了节点细观损伤和连续损伤的发展过程,数值模拟了裂纹的萌生和扩展过程,预测结果与试验吻合良好.

摘要： 利用三维基面力概念和最小势能原理,推导出具有八节点的三维空间基面力元模型.基于蒙特卡洛方法及富勒(Fuller)曲线,建立再生混凝土材料的随机骨料模型.基于双折线损伤模型,编制了损伤问题的三维基面力元法分析程序.通过对再生混凝土试件单轴受拉、单轴受压试验进行数值仿真模拟,得到了再生混凝土试件的单轴抗拉强度、单轴抗压强度,其结果与试验结果基本吻合.文中还计算绘制出再生混凝土的应力-应变曲线.研究结果表明,三维基面力元法可以用来模拟再生混凝土材料细观结构与宏观力学性能的关系.

摘要： 基于细观损伤理论和有限元法,以Weibull分布表征Hardfill材料力学性能的随机分布,对典型Hardfill坝遭遇8度地震情况及强震条件下进行动力反应分析,研究其在地震过程中的破坏模式与破坏机制.结果表明,在8度地震荷载作用下,Hardfill坝应力水平较低,处于未损伤或轻微损伤状态;强震作用下靠近坝踵与坝趾的坝体因抗拉强度不足而发生从坝面萌生且不断向坝体内部发展的拉裂缝.与传统重力坝相比,梯形的体形使Hardfill坝具有优良的抗震性能,大坝抗震安全度高于传统重力坝.

摘要： 在基于损伤能释放率的静力弹塑性损伤本构关系的基础上，从细观损伤机制上考虑混凝土动力加载时微裂纹扩展的滞后效应，通过对宏观和细观2个层面的分析，建立了能够反映混凝土动力加载非线性的动力随机损伤本构模型。基于微弹簧模型，推导给出了混凝土细观静力随机损伤演化方程，然后采用类比Perzyna黏塑性归则化方法，将细观静力损伤演化方程推广到动力随机损伤演化。利用得到的动力随机损伤模型，首先计算了均值损伤意义上混凝土常应变率动力反复加载和不同应变率下的应力-应变全曲线，均与试验吻合较好。为了反映混凝土随机细观结构引起的宏观试验结果的离散性，通过对模型随机参数进行Karhunen～Loeve分解，计算了混凝土单轴拉和单轴压时动强度提高的应变率效应，计算结果表明，大部分动力试验结果均位于本模型计算得到的均值加减二倍方差的范围内，能够很好地反映混凝土动力损伤演化的随机性。

摘要： 采用RapidAir结合金相显微镜的方法,实现对混凝土细观冻融损伤的连续观察,探究了细观结构对冻融的敏感程度以及细观破坏对宏观破坏的影响规律.结果表明:对高强混凝土而言,较低的含气量和较大的气泡间隔系数并不意味着较差的抗冻性;孔隙群的冻融响应敏感,且微裂缝出现较早,该区域的缺陷增长能与冻融前期混凝土抗压强度线性下降很好的对应,但此时混凝土的抗压强度下降并不明显;相对孤立的孔和砂浆与粗骨料的界面过渡区较不敏感,这些区域出现损伤后,混凝土的抗压强度逐渐非线性下降,预示着混凝土即将冻碎.

摘要： 采用RapidAir结合金相显微镜的方法,实现对混凝土细观冻融损伤的连续观察,探究了细观结构对冻融的敏感程度以及细观破坏对宏观破坏的影响规律.结果表明:对高强混凝土而言,较低的含气量和较大的气泡间隔系数并不意味着较差的抗冻性;孔隙群的冻融响应敏感,且微裂缝出现较早,该区域的缺陷增长能与冻融前期混凝土抗压强度线性下降很好的对应,但此时混凝土的抗压强度下降并不明显;相对孤立的孔和砂浆与粗骨料的界面过渡区较不敏感,这些区域出现损伤后,混凝土的抗压强度逐渐非线性下降,预示着混凝土即将冻碎.

摘要： 采用RapidAir结合金相显微镜的方法,实现对混凝土细观冻融损伤的连续观察,探究了细观结构对冻融的敏感程度以及细观破坏对宏观破坏的影响规律.结果表明:对高强混凝土而言,较低的含气量和较大的气泡间隔系数并不意味着较差的抗冻性;孔隙群的冻融响应敏感,且微裂缝出现较早,该区域的缺陷增长能与冻融前期混凝土抗压强度线性下降很好的对应,但此时混凝土的抗压强度下降并不明显;相对孤立的孔和砂浆与粗骨料的界面过渡区较不敏感,这些区域出现损伤后,混凝土的抗压强度逐渐非线性下降,预示着混凝土即将冻碎.

摘要： 本发明公开了一种基于CT动态扫描的岩石损伤断裂细观演化三维重构方法，包括以下步骤：S1，制作三维重构所需要的试样材料；S2，将所述步骤S1制成的试样放在RMT伺服试验机上，并架设多排CT机；S3，将所述步骤S2的试样进行荷载试验，并通过数据采集通道获得CT值；S4，将所述步骤S3的CT数据进行处理并重构，实现试样损伤断裂细观演化动态过程的三维重构。本发明通过对试样破坏的实时扫描，得到裂隙生成扩展三维动态演化过程，进而帮助研究人员更加直观地观测到试样的破坏过程；相对于理论推导公式和相似材料等方法得到的数据，CT扫描损伤重构得到的参数更加精确，也更让人信服。

摘要： 一种爆破损伤岩样制备及宏细观结合的损伤程度测定方法，属于损伤岩样的损伤程度测定方法。方法是：a，制作厚度为105mm的正方形岩块，在几何形心处安放炸药和雷管，在关键点处黏贴电阻应变片和加速度传感器，并与超动态数据采集仪连接；b，在爆破块度较大的岩块上，以关键点为圆心沿厚度方向钻取、打磨标准岩样，并收集不规则小岩块；c，对不规则岩块进行压汞试验，对爆破损伤标准岩样进行CT、核磁共振、纵波速度、渗透系数、弹性模量和单轴抗压强度测试；e，对同性质的完整岩样进行相同的宏细观试验；f以动态应变和加速度波形为依据，综合宏细观试验的数据，定量判定爆破冲击对于岩石材料的损伤程度。优点：方法操作简单，试验数据全面可靠。

摘要： 本发明公开了一种基于细观裂纹扩展演化的岩石损伤本构模型构建方法，包括以下步骤：基于静力平衡关系、几何损伤理论构建初始岩石损伤本构模型；基于裂纹长度，获得岩石裂纹扩展损伤变量；基于断裂力学，获得裂纹扩展损伤微元体的强度；基于所述初始岩石损伤本构模型、岩石裂纹扩展损伤变量、裂纹扩展损伤微元体的强度，构建目标岩石损伤本构模型。本发明利用生物阻滞增长模型表征裂纹扩展长度演化，基于几何损伤理论，以裂纹扩展长度定义岩石损伤，建立了岩石损伤本构模型，该模型能较好反映岩石裂纹扩展的力学行为，为岩石裂纹扩展损伤演化定量研究提供了新的思路。

摘要： 本发明公开了一种获得砂岩冻融作用下宏细观损伤演化规律的方法，对砂岩试件进行二维纵向断层CT扫描及单轴压缩试验，获得多组CT扫描图像及砂岩试件的宏观物理参数；获得二值化处理后的CT图像；对每组二值化处理后的CT图像进行唯象理论分析及三维重构，获得所述砂岩试件的二维孔隙结构演化图及三维数字岩心；获得所述砂岩试件的细观结构参数；根据所述砂岩试件的二维孔隙结构演化图及三维数字岩心获得砂岩试件的宏细观损伤演化规律；获得冻融损伤演化曲线；根据所述砂岩试件的宏细观损伤演化规律和冻融损伤演化曲线，确定样品采取区域内冻融环境下岩石承载或支护结构的寿命预测及材料稳定程度。

摘要： 一种陶瓷基复合材料细观损伤Micro‑CT原位加载装置及试验方法，用于陶瓷基小复合材料细观变形及损伤演化研究。装置包括固定头、透X射线承力管、上延长杆、下延长杆、上夹头、下夹头、加强片、材料试样以及作动底座；透X射线承力管上端与固定头相连；透X射线承力管下端与作动底座相连；上延长杆上端与固定头相连；上延长杆下端与上夹头相连；下延长杆上端与下夹头相连；下延长杆下端与作动底座相连；材料试样的两端分别与加强片相连成为一个测试试件，并安装于上夹头及下夹头之间。本发明保证了扫描结果的清晰度，提高了整体试验效率，同时提高了装置的通用性，降低了试验成本，实施速度快，稳定性高，效果好。

摘要： 本发明提供胶结充填体细观损伤定量表征方法及强度设计方法，能够准确定量表征损伤情况。胶结充填体细观损伤定量表征方法的特征在于，包括：步骤1、根据待表征的胶结充填体的参数信息，在颗粒流软件中建立对应的胶结充填体颗粒模型；步骤2、对胶结充填体颗粒模型进行单轴压缩测试，获取胶结充填体颗粒模型破坏过程中能量演化情况；步骤3、考虑胶结充填体发生结构性失稳破坏后还能继续承载，确定基于残余应变能的修正系数λ；步骤4、通过考虑修正系数λ的胶结充填体细观损伤定量表征函数，得到胶结充填体在各应力水平下的损伤值。

摘要： 本发明属于混凝土细观损伤力学研究领域，公开一种随机分布属性的细观混凝土损伤演化分析方法，具体包括：建立与所需混凝土试件尺寸完全一致的正方体，通过Voronoi图形对正方体区域进行胞元划分；对划分得到的凸多面体胞元按混凝土中所需骨料的尺寸级配进行收缩，生成含粗骨料的混凝土三维细观模型；对混凝土细观模型进行共结点的有限元网格划分；为划分后的骨料及砂浆网格单元赋予材料参数，对赋予材料参数后的有限元模型进行单轴压缩数值模拟，并对其内部损伤网格单元数量进行统计，分析砂浆随机属性对混凝土损伤演化过程的影响。本发明方法可真实反映混凝土内部材料属性的高度非线性，从细观尺度为混凝土宏观随机损伤演化分析提供了新的方法。

摘要： 本发明公开了一种获得砂岩冻融作用下宏细观损伤演化规律的方法，对砂岩试件进行二维纵向断层CT扫描及单轴压缩试验，获得多组CT扫描图像及砂岩试件的宏观物理参数；获得二值化处理后的CT图像；对每组二值化处理后的CT图像进行唯象理论分析及三维重构，获得所述砂岩试件的二维孔隙结构演化图及三维数字岩心；获得所述砂岩试件的细观结构参数；根据所述砂岩试件的二维孔隙结构演化图及三维数字岩心获得砂岩试件的宏细观损伤演化规律；获得冻融损伤演化曲线；根据所述砂岩试件的宏细观损伤演化规律和冻融损伤演化曲线，确定样品采取区域内冻融环境下岩石承载或支护结构的寿命预测及材料稳定程度。

摘要： 一种陶瓷基复合材料细观损伤Micro‑CT原位加载装置及试验方法，用于陶瓷基小复合材料细观变形及损伤演化研究。装置包括固定头、透X射线承力管、上延长杆、下延长杆、上夹头、下夹头、加强片、材料试样以及作动底座；透X射线承力管上端与固定头相连；透X射线承力管下端与作动底座相连；上延长杆上端与固定头相连；上延长杆下端与上夹头相连；下延长杆上端与下夹头相连；下延长杆下端与作动底座相连；材料试样的两端分别与加强片相连成为一个测试试件，并安装于上夹头及下夹头之间。本发明保证了扫描结果的清晰度，提高了整体试验效率，同时提高了装置的通用性，降低了试验成本，实施速度快，稳定性高，效果好。

摘要： 本发明涉及的是一种可表征金属细观损伤变化的声学测试平台及测试方法，其中声学测试平台包括微力原位拉伸试验加载机构、细观损伤可视化观察机构、微弱声信号检测机构，微力原位拉伸试验加载机构由原位拉伸试验平台上设置微力原位拉伸机，微力原位拉伸机连接声信号数据采集系统构成；细观损伤观察机构由高分辨率显微镜与高清数字摄像头连接并设置于显微镜置物台上构成；微弱声信号检测机构具有声发射测试仪、前置放大器、微型传感器，微型传感器利用耦合剂耦合于被检测拉伸试件表面，被测试拉伸试件两端各固定一个微型传感器。本发明在声发射源信号突变的情况下结合原位拉伸下细观损伤图像的实时变化情况，有效建立声信号参数和损伤机制的联系。