统一强度理论

摘要： 采用基于统一强度理论的有限柱形空腔膨胀理论,结合Tate磨蚀杆模型,考虑中间主应力、靶体侧面自由边界的影响及高速(1500 m/s~2200 m/s)侵彻弹体的变形和消蚀现象,推导线性硬化有限直径金属厚靶在长杆弹高速侵彻时的空腔壁径向应力,建立侵彻阻力和侵彻深度计算模型,并利用MATLAB软件编程求解,分析包括强度准则差异在内的弹道终点效应的一系列影响因素。结果表明:该文计算方法可以更好地描述弹靶的动态响应,还可以得到一系列基于不同强度准则的侵彻阻力和深度的解析解、对不同靶弹半径比的靶材侵彻深度的区间范围进行有效预测;强度参数、弹体撞击速度和靶体半径对有限直径金属靶体的抗侵彻性能均有较大的影响,其中强度参数值由1减小为0时,侵彻阻力可减小33.33%,侵彻深度可增加15.93%;当靶弹半径比小于等于20时,侵彻深度增大的程度显著,当靶弹半径比由19.88减小至4.9时,侵彻阻力减小了41.30%,侵彻深度增长了32.61%,此时靶体边界尺寸对侵彻性能的影响很大,不能继续按照半无限靶体进行计算。

摘要： 本文基于对数螺旋线破坏机构,同时考虑黏聚力随深度变化,推导了墙背倾斜及粗糙情况下的挡土墙主动土压力计算公式。为了更贴近实际情况,考虑了基于统一强度理论土体中主应力对土压力的影响。为了准确计算土压力,把主动土压力计算转化为优化问题进行求解,并引入万有引力算法搜索最危险滑裂面。通过与已有的均质和非均质土层中土压力研究结果对比,发现本文提出的方法更接近传统极限平衡解。最后,深入探讨了土层非均匀性及中主应力对主动土压力的影响,发现土层非均匀性及中主应力对主动土压力有显著影响。

摘要： 爆破荷载下隧道围岩产生的裂隙为岩溶发育和地下水运动创造了良好的条件。为了研究爆破荷载作用下隧道围岩的损伤裂隙范围,在考虑中主应力和环向拉应力的影响下,分别基于统一强度准则和摩尔库伦强度准则得到了两种粉碎区的计算方法,并且计算了破裂Ⅰ区和破裂Ⅱ区的范围。最后开展了现场试验和探测,按本文计算方法计算了现场隧道粉碎区和裂隙区范围,计算结果与现场试验结果进行了对比和验证,得到了以下结论:①本文基于统一强度理论的粉碎区范围计算方法考虑了塑性损伤,适用于隧道粉碎区范围的计算,理论计算结果与现场粉碎区实测结果较为吻合,该方法可用于超欠挖控制严格的隧道爆破参数设计;②本文基于摩尔库伦强度准则的粉碎区范围计算方法不考虑塑性损伤,相比已有的基于摩尔库伦强度准则的计算方法考虑了环向拉应力,计算单元体更符合实际受力情况,本文粉碎区的两种计算方法主要区别在于是否包含塑性损伤的范围,两种计算方法在实际运用时,应根据不同的工程要求来选择;③现场试验结果表明,基于统一强度理论的破裂区范围的计算方法,其计算结果与现场实测结果较为接近,该方法可以用来计算和评估远场振动效应作用下隧道围岩的裂隙范围。

摘要： 为研究圆钢管混凝土在自由扭转下的扭矩-应变关系,将圆钢管混凝土在自由扭转下的全过程分为混凝土开裂前、钢管屈服前和钢管屈服后三个阶段。通过对不同阶段的钢管和混凝土受力状态和相互作用分析,以统一强度理论为基础推导出钢材和混凝土的抗剪强度,结合切应变与正应变的关系,钢材采用理想弹塑性本构关系,混凝土采用考虑软化效应的本构关系,利用极限平衡理论推导出圆钢管混凝土在自由扭转下扭矩-应变分段式函数模型和抗扭承载力。理论模型和抗扭承载力与试验结果吻合良好,在此基础上分析了混凝土强度、钢材强度、含钢率和钢管直径对扭矩-应变关系曲线的影响,并提出应用建议。该文中的理论模型定量地阐述了钢管与混凝土之间的相互作用,能够适用于圆钢管混凝土在自由扭转下的分析和设计。

摘要： 寒区隧道弹塑性解的分析能为寒区隧道稳定性研究提供依据。为此,考虑围岩不均匀冻胀特性建立弹塑性损伤力学计算模型,基于统一强度理论求解得到寒区隧道弹塑性应力场和位移场统一解,并对所得解进行验证和参数分析。结果表明:忽略围岩塑性损伤及体积冻胀率的寒区隧道弹塑性解偏于保守;考虑不均匀冻胀特性能准确地反映寒区隧道围岩的真实冻胀程度;考虑中间主应力效应能有效发挥冻结围岩的承载潜能;损伤程度比值λ/E_(f)、体积冻胀率ξ_(V)、不均匀冻胀系数k、统一强度理论参数b、初始地应力p_(0)以及位移释放系数η等参数对衬砌上径向应力σ_(f)和塑性半径rp影响显著,应合理考虑不同参数在寒区隧道工程中的影响。该研究成果可为寒区隧道工程设计提供理论参考。

摘要： 基于统一强度理论及太沙基极限平衡原理推导了螺纹桩极限承载力,提出了螺纹桩螺牙单独承载破坏与圆柱形剪切破坏两种模式下临界螺距的确定方法和极限承载力计算方法,讨论了统一强度理论参数b与螺纹桩关键参数对极限承载力的影响.结果表明:螺纹桩的极限承载力是同外径圆桩的1.5~2倍,螺牙提供的极限承载力主要由土体黏聚力、内摩擦角及埋深决定.当b从0增加到1时,螺纹桩极限承载力理论计算值增幅约48%,考虑中主应力对土体强度的影响会使得螺纹桩承载力理论计算结果更加准确.螺纹桩的参数中,螺牙高度b_(h)对其极限承载力影响最大,而螺牙厚度t对承载力基本无影响.设计螺纹桩时可适当增加螺牙高度,以提高螺纹桩极限承载力.

摘要： 基于M-C强度准则的经典土压力理论,因未考虑土拱效应及中主应力的影响,导致土压力理论计算值较实际值明显偏大。在该方面,现有研究成果亦不能同时考虑二者的影响。为考虑土拱效应、中主应力和土体黏聚力等对桩间挡板土压力的综合影响,借助统一强度理论,对桩间土拱强度进行分析,给出了桩间挡板土压力计算的新方法。另外,基于Lode参数与应变类型的关系,提出了统一强度指标的实用计算方法。结合工程实例,将计算结果与已有相关研究成果和现行规范确定的土压力进行了对比分析。结果表明,采用该方法,不同中主应力系数b值条件下,计算所得总主动土压力约为经典朗肯理论土压力的1/3~1/2,与实测土压力分布规律基本吻合。研究成果对桩板支挡结构的优化设计、降低工程造价,具有重要理论指导意义和工程实用价值。

摘要： 基于统一强度理论和弹-脆-塑性模型,综合考虑围岩强度的中间主应力效应和脆性软化,采用摄动法建立了非静水压圆形隧道塑性区半径的解析解,继而探讨所得解析解的适用范围,并与文献复变函数法、摄动法、数值模拟和总荷载不变法进行对比,最后分析各因素对隧道塑性区形状和大小的影响规律.研究结果表明:所建立的圆形隧道塑性区半径摄动解析解为反映中间主应力效应不同程度的系列解答,可退化为理想弹塑性模型解答且得到文献中4种方法的正确性和合理性验证,适用于塑性区完全包围隧道的情况,对应的隧道塑性区为双轴对称的类椭圆,具有广泛的理论意义和工程应用价值;摄动参数对隧道类椭圆形塑性区的大小和长/短轴变化都有明显影响;隧道塑性区范围随中间主应力效应、围岩峰后强度参数的增加均显著减小,说明不考虑中间主应力效应的Mohr-Coulomb强度准则解答偏保守,弹-脆-塑性模型相比理想弹塑性模型更适合隧道塑性分析.

摘要： 为探求深埋隧洞在非线性渗流条件下围岩-注浆圈-衬砌体系的力学行为,引入Izbash非线性渗流模型,给出了围岩-注浆圈-衬砌体系的水头分布,基于统一强度理论,考虑塑性区可能的分布位置,在注浆、衬砌支护作用下对隧洞位移、应力和塑性区半径进行了理论推导.通过算例将理论解与数值解对比分析,验证了研究方法的可靠性,并进一步探讨了考虑非线性渗流对富水山岭隧洞支护设计的工程意义.研究结果表明:非线性渗流对隧洞弹塑性力学的影响主要体现在围岩水力梯度系数m1;围岩从低速非线性渗流向高速非线性渗流转变过程中,塑性区半径和位移越来越大,围岩应力有所减小;应从隧洞围岩的非线性渗流角度考虑注浆圈、衬砌支护厚度设计.研究成果为非线性渗流隧洞支护设计提供了理论依据.

摘要： 为准确获得超高压水力割缝与水力压裂联合作用下的钻孔塑性区分布规律,基于统一强度理论,考虑煤体塑性软化和中间主应力,建立了钻孔在割压联合作用下的力学模型,推导出钻孔塑性区范围表达式,并通过算例分析了相关参数对钻孔塑性区的影响规律.研究结果表明:采用割压联合技术后,钻孔塑性区半径随着中间主应力系数的增大几乎保持不变,随着软化系数的增大而逐渐减小,随着压裂压力的增大逐渐增大;对比钻孔正常施工和超高压水力割缝情况下,钻孔塑性区半径显著增大.研究成果可为矿井更好地解决低透气性煤层瓦斯抽采治理技术难题提供一定的理论依据.

摘要： 以统一强度理论作为煤层塑性区的屈服判据,考虑中间主应力对煤层强度的提高作用,建立了平动冲击失稳之前煤层的应力统一解、扰动深度解析式以及塑性区宽度统一解,对其进行可比性分析、文献已有解答的对比验证,探讨了中间主应力效应、煤层埋深与厚度、煤层强度参数对平动冲击失稳的影响特性.研究结果表明:本文所得应力统一解和塑性区宽度统一解均是一系列有序解答的集合,并得到文献Mohr-Coulomb准则解答、Hoek-Brown准则解答以及Lippmann理论的验证,具有广泛的理论意义和良好的工程应用前景;当统一强度理论参数b从0增加到1时,煤层发生冲击失稳的破坏范围减小了25.3％,冲击倾向性即塑性区扩展率由0.63减小到0.47,这表明中间主应力对煤层平动冲击失稳的影响显著,应合理考虑中间主应力效应,以充分发挥煤层的承载潜力;支护力对煤层的塑性区宽度影响较大,当支护力从0增加到1MPa时,塑性区宽度平均减小了21.3％,需切实构筑有效支护以减小煤层平动冲击失稳的破坏范围;深埋煤层的稳定性较差、冲击失稳时破坏范围较大,另外厚煤层相比于薄煤层的稳定性较高,但发生冲击失稳的破坏范围更大;黏聚力和内摩擦角作为煤层的重要强度参数,对煤层平动冲击失稳的影响十分显著,开挖设计时应充分考虑煤层强度参数的变化,特别是内摩擦角.

摘要： 基于统一强度理论弱面准则,结合水平井井壁应力状态分析了层理性地层弱面产状和准则中参数b对水平井井壁稳定的影响规律.研究结果表明,水平井钻进方位、弱面倾角和走向与坍塌压力当量钻井液密度密切相关,弱面倾角在60.～90°时,沿着特定方向钻进井壁稳定性较好;除弱面走向为0°外,危险钻进方位均在为0°和180°.随着b值升高,当量钻井液密度逐渐降低,当b=0时所计算当量钻井液密度最高,当b=1时所计算当量钻井液密度最低,最高和最低当量钻井液密度差异可达到0.759g/cm3,在不同b值时水平井安全钻进方位虽存在略微差异但大体上相近,与b=0时的Mohr-Coulomb弱面准则相比所计算结果更接近实际.分析结果表明基于统一强度理论的弱面准则可用于分析层理性地层水平井井壁稳定分析、钻进方位和钻井液密度的优化设计.

摘要： 在深埋圆形隧道围岩特征曲线分析中一般忽略中间主应力和约束损失的影响,导致围岩塑性变形与实际情况产生较大差异.提出基于统一强度理论和非相关联流动法则,推导同时考虑中间主应力和约束损失两种因素作用下的围岩弹塑性应力-位移解析解;结合算例,分析了中间主应力和约束损失对围岩特征曲线的影响规律.结果表明:考虑中间主应力的影响,能够充分发挥围岩的强度;考虑约束损失的影响,计算得到的围岩塑性区径向位移值减小,根据实际工程的情况，同时考虑中间主应力和约束损失更接近于实际围岩在开挖过程中应力应变的受力特点，在围岩支护设计中更能达到优化方案。

摘要： 在考虑井底压力的条件下,基于统一强度理论对牙齿侵入岩石的力学过程进行分析,建立了含有统一强度参数的井底岩石侵入方程,并给出了不受轴向载荷、侵深和刃尖角影响的侵入系数.该方程考虑中间应力对井底岩石侵入系数的影响,在b=0时方程计算结果与Mohr-Coulomb强度理论所得结果完全相同.根据侵入方程,分析了内摩擦角、液柱压力、孔隙压力和刃尖角对侵入系数的影响.结果表明,随b值的增大侵入系数增大;随内摩擦角和刃尖角的增大侵入系数呈指数增大;随液柱压力的增大侵入系数呈线性增大;随孔隙压力的增大侵入系数呈线性减小.

摘要： 岩质边坡稳定性分析中常用的Mohr-Coulomb、Drucker-Prager屈服准则，其未考虑中间主应力效应或拉压不等效应，较难反映三维复杂边坡空间应力状态。统一强度理论包含了一系列破坏准则，通过调整参数6可反映中间主应力或中间主切应力的影响程度。利用ABAQUS开发了基于统一强度理论材料子程序(UMAT)，首先以三维含结构面岩质边坡为例，采用强度折减法，分别计算6为0、0．25、0．5、0．75与1共5种考虑中间主应力不同程度情况下三维含结构面岩质边坡动安全系数曲线。计算结果表明：不同6值情况下所得动安全系数数值不同，但曲线变化形状一样，最小安全系数均发生在相同时刻：另外,为更清晰地了解三维真实应力状态对安全系数的影响，从三维岩质边坡中抽取二维剖面进行了同样的计算。结果表明，在相同b值情况下，三维模型计算所得安全系数较二维模型大；随着6的增大，安全系数增大，说明不考虑中间主应力的二维计算结果低估了安全系数的大小，即三维真实应力状态下的边坡应具有更高的稳定性．

摘要： 将小净距隧道中岩柱塑性区不重叠的极限塑性区半径定义为塑性区贯穿半径,考虑中间主应力的影响,采用统一强度准则和Schwarz交替法,对小净距隧道的弹塑性状态进行分析,推导出小净距隧道塑性区半径的解析表达式.通过算例,分析了中间主应力、内摩擦角和黏聚力对理论解的影响.分析表明:当两隧道净距大于2.3倍的开挖半径时,两隧道之间的相互作用较小,塑性区半径趋于一个稳定值,稳定值比单孔隧道塑性区半径大17.7％,可以近似按照单孔隧道进行处理;小净距隧的塑性区贯穿半径随着统一强度参数b、内摩擦角和黏聚力的增大而减小,并且考虑中间主应力作用同不考虑中间主应力作用相比,塑性区贯穿半径减小9.19％-20.71％,表明考虑中间主应力作用能够充分发挥围岩的强度性能.

摘要： 为了分析无缝管失圆度对承载能力的影响，本文采用俞茂宏统一强度理论.用解析方法计算弹性极限，用概率统计方法分析失圆度与弹性极限的相关性，判断其对无缝管承载能力的影响程度，对包钢白云鄂博矿浆管线的安全运行具有指导意义。

摘要： 对钢管混凝土之间的粘结强度问题进行了探讨，分析了钢管混凝土粘结强度的基本机理以及影响粘结强度的各种因素，基于统一强度理论，考虑钢管与混凝土之间粘结力的作用，推导出薄壁钢管轻骨料混凝土轴压短柱的承载力计算公式。结果表明：该计算结果与文献试验结果吻合良好，验证了公式的合理性；该结果为薄壁钢管轻骨料混凝土轴压短柱承载力分析计算提供了理论依据，具有工程参考价值。

摘要： 运用统一强度理论，采用薄壁圆筒的统一极限解。并考虑了CFRP圆管的材料特点，推得内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土短柱的极限承载力计算公式。与有关文献试验数据进行比较，吻合良好，验证了公式的合理性。同时分析了拉压比α、材料强度参数b、含钢率n和相对配置率卢对极限承载力的影响。该结果为内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土柱的承载力分析计算提供了一定的理论依据。

摘要： 基于弹塑性损伤力学理论，采用统一强度理论，考虑中间主应力对材料屈服的影响，建立了隧道围岩出现损伤时的围岩抗力系数计算式，并退化到常见的喀列尔金(Γалеркuн)公式。结果表明，材料的凝聚力、内摩擦角、孔隙水压力、地应力和反映中间主应力对材料屈服影响的参数对围岩抗力系数有一定影响，而损伤变量对围岩抗力系数的影响极为显著。

摘要： 本发明公开了一种气体动理论统一算法中离散速度坐标点选取的优化方法，包括：S1，通过在稀疏采样方案中，对网格中气体分子速度分布函数曲线随来流参数变化的图像进行对比，得到与速度分布函数曲线对称轴相关联的输入参数；S2，基于输入参数与关联速度分布函数曲线的多个实例，得到输入参数与曲线对称轴位置的线性关系；S3，将线性关系结果代入至统一算法程序中，对离散速度坐标点的采样选取进行优化。本发明提供一种气体动理论统一算法中离散速度坐标点选取的优化方法，能够保证在不增加计算量及计算时间的前提下，提升玻尔兹曼方程可计算建模气体动理论统一算法程序精确度，从而间接提升算法对任意高超声速流动模拟准确性与计算效率。

摘要： 本发明公开了一种气体动理论统一算法中的CPU+GPU异构并行优化方法，包括CPU+GPU异构并行的实现以及优化；优化方法包括：S1、基于Boltzmann方程统一算法的并行运行流程和热点代码，对CPU消耗时间进行统计；S2、基于Boltzmann模型方程统一算法的数据结构和变量使用情况，对各存储器的使用情况进行统计；S3、基于Boltzmann模型方程统一算法并行计算得到对应的变量依赖关系；S4、基于Boltzmann模型方程统一算法并行计算的CPU消耗时间、存储器配置、变量依赖关系，通过系统、算法、语句三种级别对CPU+GPU异构并行的Boltzmann模型方程统一算法进行并行优化。本发明提供一种气体动理论统一算法中的CPU+GPU异构并行优化方法，凭借系统、算法、语句三个层次的优化手段，实现并行效率的提升。

摘要： 本发明公开了一种不同加载模式下橡胶沥青混合料强度的温度相关性统一表征方法，通过对橡胶沥青混合料在三种加载模式下进行强度试验，计算各试验温度下橡胶沥青混合料在三种加载模式下的强度比和加载速率比，对结果进行非线性幂函数拟合，得到幂函数方程S/S0＝(v/v0)β；将各试验温度的指数β与温度T进行多项式函数拟合，得到方程：β＝5.48×10‑5T2‑0.00661T+0.31507；将多项式函数方程与幂函数方程进行联合，得到不同加载模式下橡胶沥青混合料强度的温度相关性统一表征方程本发明提供的不同加载模式下橡胶沥青混合料强度的温度相关性统一表征方法，建立了不同加载模式下橡胶沥青混合料强度的统一模型，用以克服设计参数取值的随意性带来的设计偏差问题，提高室内试验效率。

摘要： 本发明公开了一种不同加载模式下沥青混合料强度的统一评价方法，通过利用多功能材料试验系统(MTS‑Landmark)对试件进行不同加载速率条件下的直接拉伸、单轴压缩、劈裂强度试验，建立了不同加载模式下沥青混合料强度随加载速率变化模型；并利用本发明的直接拉伸、单轴压缩、劈裂试验三者的强度比与加载速率比的关系，建立了不同加载模式沥青混合料强度的统一评价方法，该评价方法不仅能够提高沥青混合料室内试验效率、节约试验成本，而且对沥青路面的研究具有促进作用。

摘要： 本发明公开一种基于统一设计理论的宽带异相功率放大器及其设计方法。该功率放大器包括宽带输入匹配电路、RC稳定电路、栅极偏置电路、晶体管、集成谐波匹配的漏极供电电路、带虚部补偿的宽带阻抗匹配电路。通过输入不同频率的等幅异相信号，来使得基于统一设计理论的宽带异相射频功率放大器进行工作。本发明在宽带异相功率放大器研究内容近乎空白的背景下，提出了基于0°组合电路和添加带虚部补偿的宽带阻抗匹配电路，实现了宽带异相功率放大器的设计，具有大带宽、结构简单紧凑，实用性强，便于推广的优点。

摘要： 本发明涉及新能源并网发电技术领域，提供了一种基于球形译码理论的双矢量统一模型预测方法及系统，包括：在一个控制周期内，基于二维空间平面电压矢量，以电压矢量幅值为区分标准，搭建基于球形译码理论的二维空间搜索树；在二维空间搜索树的第一层内搜索出保留节点；在二维空间搜索树中搜索所述保留节点下的第二层内的所有节点，得到主输出矢量；在二维空间搜索树中搜索保留节点和保留节点下的第二层内的除主输出矢量外的所有节点，得到副输出矢量；将主输出矢量和副输出矢量合成变换器的期望输出值后，计算出下一控制周期内变换器的开关状态，以实现变换器对电网的控制。有效减少了矢量搜索的计算量，提高了对电网的控制性能。

摘要： 本发明公开了一种气体动理论统一算法中的CPU+GPU异构并行优化方法，包括CPU+GPU异构并行的实现以及优化；优化方法包括：S1、基于Boltzmann方程统一算法的并行运行流程和热点代码，对CPU消耗时间进行统计；S2、基于Boltzmann模型方程统一算法的数据结构和变量使用情况，对各存储器的使用情况进行统计；S3、基于Boltzmann模型方程统一算法并行计算得到对应的变量依赖关系；S4、基于Boltzmann模型方程统一算法并行计算的CPU消耗时间、存储器配置、变量依赖关系，通过系统、算法、语句三种级别对CPU+GPU异构并行的Boltzmann模型方程统一算法进行并行优化。本发明提供一种气体动理论统一算法中的CPU+GPU异构并行优化方法，凭借系统、算法、语句三个层次的优化手段，实现并行效率的提升。

摘要： 本发明公开了一种气体动理论统一算法中离散速度坐标点选取的优化方法，包括：S1，通过在稀疏采样方案中，对网格中气体分子速度分布函数曲线随来流参数变化的图像进行对比，得到与速度分布函数曲线对称轴相关联的输入参数；S2，基于输入参数与关联速度分布函数曲线的多个实例，得到输入参数与曲线对称轴位置的线性关系；S3，将线性关系结果代入至统一算法程序中，对离散速度坐标点的采样选取进行优化。本发明提供一种气体动理论统一算法中离散速度坐标点选取的优化方法，能够保证在不增加计算量及计算时间的前提下，提升玻尔兹曼方程可计算建模气体动理论统一算法程序精确度，从而间接提升算法对任意高超声速流动模拟准确性与计算效率。

摘要： 本发明为基于统一强度理论的隧道力学模型构建方法，该方法包括以下步骤：建立圆形隧道力学模型；选取统一强度准则作为岩石强度准则；应用强度准则基于弹塑性理论求解隧道开挖且立即支护后的围岩应力场及位移场；通过考虑围岩‑支护结构的相互作用对前述的结果进行修正，获得考虑隧道实际施工过程中开挖后短暂时间内支护的考虑支护结构刚度及围岩初始径向弹性位移的围岩塑性区半径rps及隧道洞壁位移ΔR，完成隧道力学模型的构建。该方法针对隧道是在开挖完成后立即进行支护时的实际受力及施工特点，从围岩受力特征及围岩‑支护结构相互作用机理出发，能够更好地反映圆形隧道的实际受力情况及施工过程，进而为相关工程设计提供参考。

摘要： 本发明公开了一种非饱和土的统一强度理论的构建方法，本发明依据非饱和土的双应力状态变量理论及吸附强度特性，构建适用于非饱和土的双剪单元体模型，继而建立复杂应力状态下非饱和土的统一强度理论，分析其特例、平面极限线和空间极限面的特性，并用文献非饱和粉砂的刚性与柔性真三轴试验进行验证。本发明完善并丰富了非饱和土的基础理论，具有重要的理论意义和工程应用价值。