發(fā)布時間：2017-07-07 06:14

  本文關(guān)鍵詞：近場動力學理論及其在巖石類材料變形破壞過程的數(shù)值模擬

  更多相關(guān)文章： 二維近場動力學理論 數(shù)值模擬 巖石材料 變形破壞

【摘要】：近場動力學方法是一種兼有無網(wǎng)格法和分子動力學方法優(yōu)點的非局部數(shù)值模擬方法,它不僅適用于連續(xù)性問題,也適用于不連續(xù)問題,尤其在處理材料的斷裂問題上占有很大優(yōu)勢。近場動力學理論主要包括以鍵為基礎(chǔ)的近場動力學理論和以狀態(tài)為基礎(chǔ)的近場動力學理論;以狀態(tài)為基礎(chǔ)的近場動力學理論又包括普通狀態(tài)和非普通狀態(tài)兩種基本理論。本文基于三種不同類型的近場動力學理論,編制了相應(yīng)的數(shù)值分析程序,對巖石材料的斷裂問題進行了相應(yīng)的數(shù)值模擬,并與試驗結(jié)果進行了對比分析,數(shù)值模擬結(jié)果與試驗結(jié)果比較吻合。近場動力學方法為模擬巖石材料的斷裂問題,提供了一種新思路。論文主要的研究內(nèi)容和成果如下:①利用物質(zhì)點力密度矢量和應(yīng)變能密度之間的關(guān)系,推導(dǎo)出了均質(zhì)各向同性二維近場動力學參數(shù)的表達式,并通過與傳統(tǒng)連續(xù)介質(zhì)力學所求得的表達式對比,得到了近場動力學參數(shù)和宏觀物質(zhì)恒量,例如彈性模量、體積模量、剪切模量等之間的關(guān)系,從而建立微觀力學與宏觀力學之間的關(guān)系。②利用線性動量守恒定律和角動量守恒定律,推導(dǎo)了傳統(tǒng)的以鍵為基礎(chǔ)的近場動力學基本方程;利用傳統(tǒng)的鍵為基礎(chǔ)的近場動力學理論,對拉伸條件下巖石試樣的變形進行了數(shù)值模擬,結(jié)果表明近場動力學理論對巖石試樣的位移場的模擬具有較高的精度;利用傳統(tǒng)的鍵為基礎(chǔ)的近場動力學理論,模擬了拉伸條件下脆性巖石材料中多裂紋的擴展和連接過程,表明數(shù)值模擬結(jié)果與試驗結(jié)果比較吻合。③改進了以鍵為基礎(chǔ)的近場動力學理論。傳統(tǒng)的以鍵為基礎(chǔ)的近場動力學理論僅能模擬巖石材料的拉伸破壞,無法模擬巖石材料的剪切破壞。將超彈性理論引入以鍵為基礎(chǔ)的近場動力學理論,通過增加切向鍵,以模擬巖石材料的剪切破壞。新的帶切向鍵的近場動力學模型突破了傳統(tǒng)的鍵為基礎(chǔ)的近場動力學模型在二維情況下泊松比必須為恒量的限制,通過多個算例的對比分析,表明數(shù)值結(jié)果和試驗結(jié)果比較吻合,證明了改進的近場動力學理論的有效性。④在普通狀態(tài)為基礎(chǔ)的近場動力學理論中加入損傷理論,以此來模擬裂紋的擴展和連接過程,突破了鍵為基礎(chǔ)的近場動力學理論模擬裂紋問題時泊松比必須等于定值的限制,極大地擴展了近場動力學理論模擬巖石斷裂的應(yīng)用范圍,為裂紋的擴展和連接過程的模擬提供了很好的思路。⑤將巖石材料的彈性本構(gòu)模型引入到非普通狀態(tài)為基礎(chǔ)的近場動力學理論并加入損傷,得到了非普通狀態(tài)為基礎(chǔ)的近場動力學彈脆性理論的基本方程,編制了相應(yīng)的數(shù)值分析程序,模擬了巖石材料的斷裂和變形問題,結(jié)果表明非普通狀態(tài)為基礎(chǔ)的近場動力學理論相對于鍵為基礎(chǔ)的和普通的狀態(tài)為基礎(chǔ)的近場動力學理論更合理。
【關(guān)鍵詞】：二維近場動力學理論 數(shù)值模擬 巖石材料 變形破壞
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TU45
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-26
• 1.1 問題的提出10-15
• 1.2 近場動力學理論的研究意義15-17
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-22
• 1.3.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀17-18
• 1.3.2 國外研究現(xiàn)狀18-22
• 1.4 研究內(nèi)容與技術(shù)路線22-26
• 1.4.1 主要研究內(nèi)容和組織結(jié)構(gòu)22-23
• 1.4.2 技術(shù)路線23-26
• 2 近場動力學基本理論26-46
• 2.1 引言26-27
• 2.2 變形27-28
• 2.3 力密度28-29
• 2.4 近場動力學的狀態(tài)29
• 2.5 應(yīng)變能密度29
• 2.6 動力方程29-31
• 2.7 連續(xù)性力學的動力方程31-32
• 2.8 高斯應(yīng)力和近場動力學力之間的關(guān)系32-33
• 2.9 連續(xù)性理論應(yīng)變能的另一種表達形式33-36
• 2.10 二維各向同性物質(zhì)的近場動力學理論36-45
• 2.10.1 物質(zhì)參數(shù)36-38
• 2.10.2 二維結(jié)構(gòu)38-42
• 2.10.3 表面效果42-45
• 2.11 本章小結(jié)45-46
• 3 鍵為基礎(chǔ)的近場動力學及其改進方法在巖石材料變形破壞中的模擬46-104
• 3.1 以鍵為基礎(chǔ)的近場動力學基本理論46-89
• 3.1.1 基本公式46-48
• 3.1.2 本構(gòu)方程48-52
• 3.1.3 數(shù)值模擬52-53
• 3.1.4 程序算法流程圖53-55
• 3.1.5 鍵為基礎(chǔ)的近場動力學非斷裂算例55-67
• 3.1.6 鍵為基礎(chǔ)的近場動力學斷裂算例67-89
• 3.2 考考慮切向鍵的改進的近場動力學方法89-101
• 3.2.1 鍵為基礎(chǔ)的近場動力學理論89-90
• 3.2.2 切向鍵和法向鍵理論90-93
• 3.2.3 基于切向鍵和法向鍵的改進的近場動力學理論數(shù)值模擬算例93-101
• 3.3 本章小結(jié)101-104
• 4 普通的狀態(tài)為基礎(chǔ)的近場動力學及在巖石材料變形破壞中的模擬104-122
• 4.1 普通的狀態(tài)為基礎(chǔ)的近場動力學基本理論104-105
• 4.2 普通的狀態(tài)為基礎(chǔ)的近場動力學線彈性理論105-113
• 4.2.1 傳統(tǒng)的應(yīng)變能密度理論106-107
• 4.2.2 近場動力學應(yīng)變能密度理論107-108
• 4.2.3 以狀態(tài)為基礎(chǔ)的近場動力學基本方程108-110
• 4.2.4 二維平面應(yīng)力模型110-111
• 4.2.5 普通以狀態(tài)為基礎(chǔ)的近場動力學損傷理論111-112
• 4.2.6 數(shù)值方法112-113
• 4.3 普通的狀態(tài)為基礎(chǔ)的近場動力學非斷裂算例113-117
• 4.4 普通的狀態(tài)為基礎(chǔ)的近場動力學斷裂算例117-120
• 4.5 本章小結(jié)120-122
• 5 非普通的狀態(tài)為基礎(chǔ)的近場動力學彈脆性理論及在巖石類材料變形破壞中的模擬122-148
• 5.1 非普通的狀態(tài)為基礎(chǔ)的近場動力學基本理論122-130
• 5.1.1 非普通的狀態(tài)為基礎(chǔ)的近場動力學基本方程123-125
• 5.1.2 非普通的狀態(tài)為基礎(chǔ)的近場動力學彈脆性理論125-130
• 5.2 非普通的近場動力學彈脆性理論非斷裂算例130-134
• 5.3 非普通的近場動力學彈脆性理論斷裂算例134-145
• 5.4 本章小結(jié)145-148
• 6 主要結(jié)論與展望148-152
• 6.1 主要結(jié)論148-149
• 6.2 論文的創(chuàng)新點149-150
• 6.3 存在的不足及后續(xù)展望150-152
• 致謝152-154
• 參考文獻154-164
• 附錄164-165
• A. 作者在攻讀博士學位期間發(fā)表的論文目錄164
• B. 作者在攻讀博士學位期間參加的科研項目164
• C. 其它成果164-165

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