【摘 要】
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界面层是整个结构中最容易发生破坏的,对界面层的断裂研究可以使得人们更了解破坏的规律,对于结构设计、预防和预测破坏有着重大意义。采用界面微元模型,假定薄弱层两端为半无限弹性体,且薄弱层为弹脆性材料,引进随机场模拟薄弱层的强度分布随机性,并结合了计算力学、弹性力学、细观力学和有限元思想,推导了控制方程,利用MATLAB编程,用数值模拟的方法对薄弱层的断裂演化进行研究。主要研究内容和成果如下: (1)
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界面层是整个结构中最容易发生破坏的,对界面层的断裂研究可以使得人们更了解破坏的规律,对于结构设计、预防和预测破坏有着重大意义。采用界面微元模型,假定薄弱层两端为半无限弹性体,且薄弱层为弹脆性材料,引进随机场模拟薄弱层的强度分布随机性,并结合了计算力学、弹性力学、细观力学和有限元思想,推导了控制方程,利用MATLAB编程,用数值模拟的方法对薄弱层的断裂演化进行研究。主要研究内容和成果如下:
(1).推导出纯剪和压剪情况下的控制方程,通过声发射、声发射幂次拟合等结果分析了各种参数变化情况下的断裂演化规律,这些参数包括:纯剪情况下的薄弱层网格划分、加载速率、强度标准差、相关距离、弹性体弹性模量,压剪情况下的压应力、内摩擦角和黏聚力的标准差、均值以及压应力的相关距离,内摩擦角和黏聚力的相关距离。
(2).对具有老化性质的薄弱层进行了断裂分析。假定薄弱层的单元强度会随着时间减弱,以此建模探讨了长短周期比k和强度衰减系数a变化情况下的演化规律。分析发现在强度衰老情况下的声发射现象满足幂次规律,结构寿命与临界荷载附近的荷载增量满足幂次规律,且k值会影响寿命幂次拟合斜率,而a值则基本无影响。
(3).对薄弱层施加均布荷载,推导了控制方程并实现模拟,发现断裂前沿轮廓曲线具有分形特征,利用结构函数法计算了轮廓前沿曲线的分形维数。分析发现与材料物理特性相关的参数变化会影响分形维数值,而加载速率这一荷载参数则基本没有影响。
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