一、三维表面裂纹扩展特征的研究(论文文献综述)
崔有正[1](2021)在《球头铣削仿生表面磨损与抗疲劳性能研究》文中指出零件的表面形貌对于诸如耐磨性、抗疲劳性及耐腐蚀性等使役性能有着重要影响。如汽车覆盖件模具表面的耐磨性、抗疲劳性直接决定了工件成形质量和模具使用寿命。自然界中某些生物体表的凹坑形非光滑形态具有较好的耐磨性能。采用激光加工等方法在零件表面制备出凹坑形仿生非光滑表面,是一种提高表面使役性能的有效方法。高速球头铣削可形成具有规则分布的凹坑状表面形貌,且相对于激光加工制备技术具有加工效率高、作业范围广、生产成本低的优点。因此,将仿生非光表面的相关理论与高速加工技术进行有效结合,对于提高零件的安全服役性能、延长使用寿命有着重要实际意义。本文以汽车覆盖件模具常用材料Cr12Mo V为研究对象,结合其服役环境和主要失效形式,以蜣螂体表凹坑形非光滑形貌为参考,在仿生表面高速铣削加工可行性分析基础上,对仿生表面的磨损特性与抗疲劳性能进行了探索。首先,以仿蜣螂体表四边形凹坑形貌为仿生设计原型,并对其体表凹坑非光滑表面形貌进行了提取与分析。从磨屑收集、存储与力矩效应,以及应力缓释、负压减阻、快速散热等方面,对工件仿生表面的减阻、耐磨机理进行分析;对工件表面仿生四边形凹坑形貌对疲劳裂纹扩展的阻滞作用也进行了分析。采用球头铣削加工实验,验证采用球头铣削制备仿生凹坑形表面的可行性,并对其相关指标进行了检测,满足仿生表面形貌参数的实际要求。其次,分析球头铣削加工表面进给残留和行距残留的形成机理,研究加工参数对表面残留形貌的影响规律。设计单因素铣削实验,验证表面形貌仿真模型的准确性和可靠性,论证相位差Δφ对表面形貌微单元凹坑形状的影响规律,验证球头铣削加工制备四边形和六边形凹坑表面形貌微单元方法的可行性。再次,通过采用数值模拟仿真与摩擦磨损试验相结合的研究方法,从稳定摩擦系数、磨屑收集,存储能力、应力分散和缓释及热交换效应等减磨机理方面优选出具有最佳减阻、耐磨性的仿生表面,得出工件表面仿蜣螂体表四边形凹坑形貌具有最佳的减阻和耐磨性,其摩擦系数相对于抛光试件的摩擦系数降低了23.6%。确定了不同切削参数对仿生表面形貌耐磨性的影响,获得了具备良好耐磨性切削参数组合方案。最后,分析高速球头铣削仿生凹坑形貌与抗疲劳性能之间的相关性及影响机制。基于Neuber模型构建球头铣削加工参数、表面形貌应力集中系数及疲劳寿命三者之间的数学模型,通过理论分析、模拟仿真及试验验证四边形仿生凹坑表面具有较好的抗疲劳性能。此外,从疲劳裂纹扩展的角度分析,得出仿生蜣螂体表四边形凹坑形貌对疲劳裂纹扩展具有一定的阻滞作用的结论。通过对仿生试件疲劳断口的观测,获得了相关疲劳断裂信息。
刘相如[2](2020)在《断续裂隙岩石常规三轴压缩力学行为及破坏机理研究》文中研究指明经历过长期的地质构造运动,岩体内部通常会包含各种不同类型的缺陷如:断层、节理、孔洞和裂隙等,由于这些缺陷的存在使得岩体结构表现为显着的非均质性、非连续性和各向异性。裂隙岩体一般处于三向受力状态,且裂隙分布和受力状态是影响裂隙岩体力学行为的重要因素。因此,本文采用自主研制的长方体岩石常规三轴压缩及测量装置,结合GCTS岩体动态三轴仪开展三轴压缩下裂隙岩体力学行为的研究,对岩体工程稳定性评价具有重要指导意义。本文依托国家自然科学基金项目(51179189,51734009)和江苏省杰出青年基金项目(BK20150005),以含裂隙红砂岩为研究对象,采用室内试验、数值模拟及理论分析相结合的方法,进行了以下研究工作:(1)采用自主研制的长方体岩石常规三轴压缩及测量装置,结合GCTS岩体动态三轴仪,开展了完整砂岩和单裂隙砂岩的常规三轴压缩试验。单裂隙砂岩的强度随着围压的增大呈线性增大,破坏模式则由张拉劈裂破坏向剪切破坏转变。结合三维CT扫描结果,单轴压缩下试样裂纹分布特征复杂,三轴压缩下具有明显的剪切特征,揭示了单裂隙岩石内部损伤机理。引入裂隙初始损伤变量,建立了裂隙岩石损伤统计本构模型,基于室内试验结果验证了本构模型的正确性。(2)基于单裂隙砂岩损伤破裂机理研究的基础上,开展了共面双裂隙砂岩和非共面双裂隙砂岩的常规三轴压缩试验。结合CT扫描结果,在试样的破裂特征方面,双裂隙砂岩试样较单裂隙砂岩试样表现出明显的三轴压缩破裂特征。双裂隙试样的破裂模式受到预制裂隙的影响较围压影响大,裂隙的分布特征主导试样的最终破裂特征。基于声发射数据,采用K-Means算法进行裂纹类型分析,单轴压缩作用时,岩桥倾角对试样的破裂过程具有显着影响,而在三轴压缩作用时,试样的破坏主要为剪切/混合裂纹主导。(3)采用PFC构建了裂隙砂岩试样,基于完整砂岩的常规三轴压缩室内试验结果进行了细观参数的标定,进而开展了单裂隙砂岩、共面双裂隙砂岩及非共面裂隙砂岩常规三轴压缩模拟,从强度、变形和破坏模式等三方面验证了该数值模拟方法的可行性,为后续分析裂隙岩体损伤破裂机理奠定基础。(4)基于数值模拟方法探究裂隙岩体常规三轴压缩损伤破裂过程,分析微裂纹、位移场及力场的演化过程,从细观层面研究了裂隙倾角、岩桥倾角及围压对裂隙砂岩损伤演化的影响。同时根据微裂纹倾角,定义了6种裂纹类型,其中张拉型微裂纹所占比例最高,拉剪型微裂纹次之,而压缩型微裂纹所占比例最低,其他类型微裂纹所占比例与围压及裂隙几何分布有关,从细观层面上揭示裂隙岩体常规三轴压缩损伤破裂机理。
滑笑笑[3](2020)在《岩石三维内置裂隙扩展机制的物理试验与数值模拟研究》文中研究指明天然地质环境中的岩体本身是一种非均质材料,内部结构十分复杂,往往会含有大量节理、裂隙等缺陷。岩体的力学性质很大程度上由其内部不同尺度的裂隙等缺陷所决定,因此研究岩体内部的裂隙扩展机理对于裂隙岩体的力学行为研究至关重要。由于非均匀性的影响,岩石三维裂隙扩展规律复杂,很难以解析方法进行分析;在实验室试验中制作、观察内置裂隙更加困难,加载控制或量测难度极大,对于岩石三维内置裂隙扩展机制的研究极其有限。对于复杂的真三轴加载卸载下主应力方向与大小等因素对岩体裂隙扩展机制的影响研究更为困难。本文基于前人对岩石破坏机制和裂纹扩展的研究,通过采用3D打印技术、物理实验与数值模拟手段,研究了岩石内置裂隙在单轴压缩下的扩展规律,并分析含三维内置裂隙试样在真三轴加卸载下的裂隙扩展机理。针对以上研究得出以下结论:(1)基于三种3D打印技术分别制备了树脂试样、石膏试样及覆膜砂试样,并在单轴压缩下研究了试样的制作技术、破坏模式与力学特性。结果表明,树脂试样在低温下具有很好的脆性,试样呈现脆性破坏,最终的破坏由拉剪复合作用引起;石膏试样出现了较大的塑性变形;覆膜砂试样破坏模式与真实岩石试样类似。(2)三维内置双裂隙扩展的物理试验研究。结果表明:试样的破坏模式大多为劈裂破坏,破坏面与加载方向近似平行。试样破坏程度与峰值强度相对应,当试样峰值强度较高时,其破坏程度相对严重。随着空间裂隙夹角的增加,试样的峰值强度呈现“反N”型变化:裂隙夹角为30°时取得最小值,裂隙夹角为60°时取得最大值。将完整试样的物理实验结果与数值模拟得到的应力-应变曲线对比分析,吻合较好。(3)研究了真三轴加载条件下裂隙倾角、中主应力大小及方向对裂隙扩展规律的影响,同时进行了不同裂隙形式扩展对比分析。结果表明,随着裂隙倾角增加,峰值强度逐渐降低,试样抵抗破坏变形的能力越来越差;中主应力在一定程度上可以提高试样的强度,但中主应力过大则会降低试样的峰值强度,加快试样的破坏;中主应力方向与裂隙平面的关系直接影响裂隙的扩展形态;三维内置裂隙存在明显的方向性,其扩展模式较贯通裂隙和表面裂隙复杂,不同切面上扩展模式有很大差别。(4)模拟研究了卸载路径、中主应力大小对裂隙扩展规律及试样力学特性的影响。结果表明三轴卸载时,卸载主应力方向与裂隙的位置关系对试样破坏模式有较大影响。中主应力越大,岩石的破坏程度越低,越容易产生猛烈破坏。
陶静[4](2020)在《液氮预注后页岩压裂的损伤破裂机理研究》文中研究指明页岩气储层的无水压裂技术可以有效解决水基压裂液造成的水锁效应和环境污染问题。针对我国页岩气储层黏土含量较高且主要分布在干旱缺水地区的特点,在现有氮气压裂技术研究的基础上,通过液氮预注来改善压裂效果,从而提高页岩气产量。本文综合采用试验研究、理论分析和数值模拟等方法对液氮预注后氮气压裂过程中页岩的损伤演化规律和破裂机理进行了系统研究,主要得到如下结论:(1)通过单轴压缩、劈裂拉伸和渗透性试验,研究了层理对页岩物理力学特性的影响,同时考虑液氮的冷却作用,研究了不同储层温度下页岩试样液氮作用后的拉伸、压缩特性和渗透率演化规律。结果表明:层理分布对页岩的抗压、抗拉强度、渗透率和破坏形式有较大的影响;液氮冷却作用后页岩弹性模量和拉压强度随温差增大近似呈指数下降,而渗透率随温差的增大近似呈指数增加,增大幅度达3个量级。(2)研制了高温高压三轴液氮辅助压裂实验系统,可实现高温高压三轴条件下页岩试样液氮预注后的氮气压裂实验,并研究了液氮预注时间、岩样温度和围压等对破裂压力的影响。结果表明:液氮预注能较大幅度的降低氮气压裂的破裂压力,最大降低幅度达65%;破裂压力随液氮注入时间和岩样温度的增加近似呈指数下降,而随着围压的增大近似呈线性增大。(3)借助于三维数字扫描系统,对试样破裂面进行三维重构,得到了破裂面的形貌特征,分析得到液氮注入后试样破裂面粗糙度明显增加,粗糙度提高表明岩样内部裂纹发育更加充分,所产生的裂隙空间能够连通更多的孔隙结构。借助于电镜扫描系统,得到了压裂岩样断口的细观形貌特征,温度应力引起的断口形貌特征表明液氮冷却作用下岩样内部裂纹萌生和扩展,从而强度降低,以致氮气压裂时所需的压力降低。其中,层状撕裂断口的出现是破裂面粗糙度增大的主要原因。(4)将页岩气储层氮气压裂视为应力场、渗流场及温度场的全耦合作用过程,建立了相应的热-流-固耦合模型,该模型考虑了液氮冷却作用下温差和热膨胀系数非均质性导致的温度应力及氮气的密度、粘度随温度和压力变化的特点。依据损伤对岩石弹模、热传导系数和强度的弱化作用及孔隙率和渗透率的增强作用,建立了考虑围岩损伤演化作用的钻孔围岩热-流-固耦合数值模型,并实现了钻孔围岩液氮预注后氮气压裂的数值求解,将数值计算结果与理论解、试验结果进行比较,有较好的印证性。(5)基于建立的热-流-固-损伤耦合数值计算模型,对液氮预注后不同储层条件下页岩氮气压裂的损伤演化规律进行了系统的研究。结果表明:液氮的注入使得钻孔围岩形成一系列沿层理的平行拉伸裂纹,当注入氮气压裂时,液氮冷却作用引起的裂纹在氮气的驱动下继续向前扩展,从而形成多条贯穿的主裂纹;液氮的注入时间主要影响损伤破坏范围,液氮的注入速度主要影响损伤破坏程度,而储层的温度对损伤破坏程度和范围均有较大影响。此外,地应力状态和层理倾角对压裂过程中裂纹的扩展方向有较大的影响。该论文有图151幅,表20个,参考文献223篇。
武旭[5](2019)在《非贯通交叉型节理岩体巷道围岩定向破裂机理与控制研究》文中指出工程岩体一般由岩石基质和结构面构成,是具有各向异性的非均匀地质体。巷道开挖和服役过程中由于节理、裂隙扩展诱发的冒顶和片帮等事故时有发生,造成严重的人员伤亡和经济损失。开展巷道节理岩体破裂机理与围岩定向加强支护方法研究,对确保巷道围岩稳定性,保障矿产资源安全高效开采具有重要的理论意义和工程价值。本文以三山岛金矿-780m水平巷道交叉型节理岩体为研究对象,采用力学试验、理论计算和数值模拟等手段研究交叉型节理岩体在采动作用下的力学行为特征及裂纹起裂-扩展机理,探讨了交叉型节理岩体的止裂控制方法,取得了以下主要研究结论和成果:(1)开展交叉型裂隙岩石单轴压缩试验,得到了交叉型裂隙花岗岩峰值强度和起裂应力的变化规律,发现单裂隙岩石试样强度普遍大于交叉型裂隙岩石,试样强度随裂隙倾角呈类“V”型变化。试验中当预制裂隙倾角为60°时,岩石强度达到最低;主裂隙对岩石强度的影响更明显,是岩石破裂的主要控制因素。(2)开展声发射监测试验,以声发射振铃计数确定裂隙起裂应力,获得了裂隙端部起裂应力随倾角的变化规律。当裂隙夹角一定时,岩石试样的起裂应力随主裂隙倾角增加而先减后增;单裂隙岩石试样的起裂应力随倾角的变化更为显着;主裂隙倾角为45°时,岩石试样最易发生起裂破坏。(3)借助非接触表面应变场(DIC)装置,研究了交叉型裂隙岩石试样的起裂规律与裂纹分布形态,发现起裂裂纹主要以翼型或反翼型分布,且以张拉型裂纹为主。揭示了裂隙岩石破裂具有显着方向性的特征。交叉状态下主裂隙是裂隙端部起裂的主控因素,次裂隙对裂纹具有一定的导向作用。(4)基于畸变能理论建立了裂纹起裂模型,提出基于该模型的起裂判据:1)单轴压缩状态下,裂纹沿裂隙尖端畸变能最大的方向起裂。2)当裂纹尖端畸变能到达岩石材料储能的最大临界值时,裂隙扩展。采用理论计算与数值模拟的方法验证了最大畸变能准则对单裂隙和交叉型裂隙岩石试样起裂判定的适用性和准确性。(5)提出了考虑优势结构面产状与巷道走向等地质信息的巷道节理岩体定向局部加强支护方法。将基于最大畸变能准则的起裂判据嵌入FLAC3D程序,以岩石破裂特征和裂纹扩展路径为依据,开展了含单结构面和交叉型结构面巷道围岩的止裂控制方法研究,确定了最优的节理岩体定向加强支护方式。支护后岩石峰值强度提高,相同外载荷作用下的岩石破裂程度降低。岩石止裂控制方法的研究为现场支护方式优化提供了科学依据。(6)建立了考虑地应力和优势结构面空间分布特征的巷道模型。基于数值模拟方法,对比分析了不同支护状态下的围岩变形规律。以三山岛金矿深部-780m水平巷道节理岩体为研究对象,基于止裂控制方法,确定了空间定向加强支护方案,利用采动应力监测数据对围岩稳定性进行评价,验证了定向加强支护方法的良好锚固效果。
钟助[6](2019)在《裂隙岩体边坡岩桥破坏机制及稳定性研究》文中进行了进一步梳理边坡内岩体存在有如裂隙、层理及断层等大量多尺度结构面,由于其赋存位置、产状及力学性质等不同,加之坡体复杂的应力分布,使得坡内结构面间岩桥贯通机制及坡体稳定性十分复杂。对于断续裂隙边坡,其稳定性往往由裂隙间岩桥的强度控制,揭示坡内控制性岩桥的破坏演化及贯通模式是此类岩石边坡灾害防控的关键问题。因此,本文依托国家自然科学基金项目(41672300),采用裂隙岩体试件试验、物理模型试验和数值模拟的方法,开展了平行和陡-缓两种常见裂隙间岩桥在不同力学条件下的破坏机制研究,分析了加载(后缘堆载)及卸荷(开挖)条件下断续裂隙边坡的破裂面贯通机制与稳定性。主要的研究工作及成果如下:(1)鉴于边坡浅部岩体及深部岩体分别处于单轴压缩及三维压缩应力状态,开展了含平行和陡-缓双裂隙的岩样的单轴及三轴压缩试验研究,获得了岩桥的破裂贯通模式及裂纹扩展过程,归纳裂隙倾角、岩桥倾角、岩桥长度及围压(三轴压缩)对岩体破坏模式的影响规律,揭示了单、三轴条件下含平行和陡-缓断续裂隙岩体的应力-应变规律和强度特征与各力学参数受预制裂隙和岩桥几何条件的影响规律。单轴、三轴压缩条件下此两类裂隙间岩桥的贯通模式相似,均存在翼裂纹张拉贯通、拉-剪混合贯通、剪切贯通及多裂纹搭接贯通四种类型。(2)针对大规模开挖将诱发坡体在垂直坡面方向应力卸荷,开展了预制平行和陡-缓断续双裂隙长方体砂岩试块的法向卸荷-剪切试验研究。揭示了法向卸荷-剪切条件下岩桥贯通模式和卸荷与常规直接剪切条件下岩体破坏模式及抗剪强度的差异性,发现了非弹性变形分量的差异是引起卸荷条件下岩桥破坏模式不同的重要力学原因。平行裂隙间岩桥的破坏表现出剪切破坏、张拉破坏、拉剪破坏和两级破坏四种破坏模式。陡-缓裂隙间岩桥破坏表现为下凹曲线的拉剪破坏、闭合直线的拉剪破坏、双裂隙贯通和反“S”形的剪切破坏。(3)针对实际岩体中存在多组不同产状的结构面,为了探索不同产状结构面间岩桥的贯通模式,采用3D打印技术制作成含有走向非一致断续裂隙的试样(中心剖面上表现为平行和陡-缓),并开展了单轴压缩试验研究。结合CT扫描技术,揭示了试样裂纹扩展形态和岩桥破坏模式及试样损伤特性,建立了试样强度与裂隙偏转角的相关性。随裂隙偏转角及裂隙布置的不同,岩桥呈现剥落式、近端贯通远端不贯通及仅发生扭曲变形三种模式。随着裂隙偏转角的增大,试样的起裂应力呈增大的趋势。对于陡-缓裂隙试样,缓倾裂隙的偏转对试样的破坏形态及力学性能的影响相对较小。(4)由于三段式滑坡是受陡-缓结构面间岩桥控制的典型裂隙岩体边坡破坏模式,开展了陡-缓断续结构面控制的边坡物理模型试验研究。研究了“三段式”边坡的失稳模式及演化过程和其承载能力。建立了考虑破坏模式的三段式边坡稳定性计算模型及极限平衡计算理论。明确了边坡破坏模式主要受岩桥倾角控制,有三种贯通模式:张拉贯通破坏(模式1)、岩桥的拉剪贯通破坏(模式2)以及坡体的两级破坏(模式3)。承载能力最大的是破坏模式3,其次为破坏模式2,最低为破坏模式1。(5)大规模开挖诱发边坡岩体卸荷是工程边坡破坏的主要原因之一,因此开展了含平行和陡-缓断续裂隙的岩质边坡的开挖过程数值模拟研究,获得了开挖卸荷条件下陡倾平行断续裂隙边坡和陡-缓裂隙边坡的失稳模式及演化过程机制,建立了边坡安全系数与边坡裂隙几何结构的相关性。平行裂隙边坡坡体后缘常表现为张拉破坏,坡内中部岩桥常表现为拉-剪混合贯通破坏,而坡脚处的剪出面及岩桥常表现为剪切贯通破坏。陡-缓裂隙相间的岩质边坡岩桥的贯通模式主要受岩桥倾角、长度和陡裂隙倾角的影响,缓倾裂隙倾角的影响较小。随着岩桥倾角的增大或岩桥长度的减小,岩桥破裂面的张拉破裂性质越强,剪切破坏性质越弱,陡裂隙倾角主要对上缓下陡裂隙间岩桥的贯通模式发生影响。
连青林[7](2019)在《钢轨马氏体白蚀层相变及疲劳特性研究》文中研究指明钢轨隐伤即指钢轨表面裂纹和轨面压溃等形式的失效,是一种十分常见的滚动接触疲劳缺陷。隐伤往往与白蚀层伴随产生在钢轨表面,大量研究表明白蚀层的形成容易促进钢轨表面隐伤失效的发生。与钢轨基体相比,白蚀层具有特殊的组织结构特征,且其形成机制目前尚无统一结论,同时有关白蚀层如何影响钢轨滚动接触疲劳性能的研究目前鲜有报道。本文基于温升诱导马氏体相变的白蚀层形成机制,以钢轨表面的白蚀层作为研究对象,通过实际线路钢轨表层材料的微观组织结构观测、材料的高速淬火膨胀试验及压缩热模拟试验,同时结合有限元仿真模拟,研究分析轮轨接触热机械耦合效应对钢轨表面温度变化的影响,以及温升诱导马氏体白蚀层生成的相变过程,进而研究马氏体白蚀层的存在对钢轨表面滚动接触疲劳性能的影响,以及白蚀层区域裂纹尖端的起裂特性。主要研究内容及结论如下:1.对实际运行线路上的退役失效钢轨进行材料微观组织结构分析,观察存在于钢轨隐伤处附近的白蚀层形貌。分析白蚀层显微结构特征、裂纹分布及其扩展特点,测试白蚀层与钢轨基体的显微硬度。通过热膨胀试验和压缩热模拟试验分别获得珠光体钢轨材料在不同温度条件下的相变以及热力学性能参数。结果表明:钢轨白蚀层为马氏体组织结构、呈圆弧状,最大厚度约为20μm。白蚀层首尾两端及中部均发现裂纹存在,首尾两端裂纹均沿白蚀层与钢轨基体界面扩展,中部裂纹垂直扩展穿透钢轨基体界面。珠光体钢轨材料奥氏体化相变起始温度为719℃,快冷生成马氏体的相变温度为255℃。奥氏体的热膨胀系数最高,马氏体的热膨胀系数略低于珠光体。2.基于实际观测的包含有白蚀层的钢轨组织结构特征,提出一种新的三维热弹塑性有限元建模分析方法,使用与温度相关的钢轨材料模型,实现综合考虑温升引起的材料热应力和热软化效应。将轮轨接触压力与温度分布等效为一个耦合的移动压力斑和热源斑,模拟车轮通过时钢轨表面材料的热机械反应。考虑特定机车车轮配置情况下的多轮通过钢轨表面,研究轮轨接触过程中由于滑滚比不同引起的温度变化以及应力-应变场变化。评估温升能否使钢轨表面材料奥氏体化,同时计算钢轨的疲劳寿命和磨损率。结果表明:钢轨表面瞬态温升随滑滚比的增大而增大,且热影响层更深。当滑滚比为9.43%时,连挂机车的第9个车轮通过后,轨面最高温升达776.05℃,能够使钢轨材料奥氏体化。滑滚比大于2.38%时,温升导致材料出现热软化,此时应力应变显着增加。钢轨疲劳寿命随滑滚比的增大而降低,滑滚比为9.43%时,钢轨的疲劳寿命为1.07×106次循环。当滑滚比小于2.38%时,钢轨寿命大于5×106次循环。较大的滑滚比参数导致轮轨接触温升较高,进而磨损加剧。根据温升的不同,将轨面磨损分为三类:轻度磨损、中度磨损和严重磨损。通过与现有试验观测结果对比,验证了该模型的合理准确性。3.依据试验获得的珠光体-奥氏体-马氏体相变参数,基于上述模型,分析多车轮通过时钢轨表面的温度演化,以及温升引起钢轨表层材料的相变过程。计算连挂机车通过次数对马氏体白蚀层体积分数以及厚度变化的影响。结果表明:当轨面累积温升超过奥氏体相变温度后,高冷却速率使奥氏体组织完全转变生成马氏体。由于轮轨接触时间极短,单次轮轨接触温升只能使少量的珠光体组织经由奥氏体转变为马氏体。第1列车(共12个车轮)通过后,钢轨表面生成的马氏体体积分数为1.89%。此时轨面材料的结构及热性能参数均发生变化。在后续列车的通过过程中,除了加热马氏体逆转变为奥氏体外,更多的热量会被珠光体基体吸收,导致奥氏体体积分数的增加,故马氏体的体积分数也增加。第3列车通过之后,后续列车通过导致的马氏体体积分数增加量趋于稳定,约为2%。当10列车完全通过之后,马氏体体积分数增至19.78%。4.选取钢轨沿车轮前进方向的纵向截面,建立包含有白蚀层存在于钢轨表面的轮轨滚动接触二维平面应变有限元模型。分析白蚀层的存在对钢轨表面应力应变,以及残余应力分布的影响。系统地研究不同强度等级钢(标准碳钢、轨头强化钢)、摩擦系数、加载压力、滑滚比以及白蚀层几何尺寸等参数对白蚀层滚动接触疲劳的影响。结果表明:车轮从钢轨基体表面滚动至白蚀层表面时,接触应力显着增大,接触应力值随着钢轨材料强度的增大而增大。摩擦系数和加载压力的增加会导致钢轨基体与白蚀层的等效应力差值增大。加载压力、摩擦系数和白蚀层几何尺寸对钢轨基体及白蚀层首端位置的应力分布均有较大影响,相比之下,滑滚比参数的影响较小。沿车轮前进方向上的钢轨残余应力为压应力状态,最大值达到600-700MPa,该结果与试验测量结果吻合。在白蚀层区域1mm的深度范围内,存在三个不同的残余应力梯度区域:区域I为高位错密度细晶区,残余应力值最大;区域II为混合微结构区,残余应力逐渐下降;区域III为珠光体片层结构,残余应力值无明显变化。这与现有试验研究报道的微观组织结构演变规律一致。钢轨基体表面、白蚀层表面以及白蚀层与钢轨基体界面三处位置中,白蚀层表面的疲劳寿命较低。确定了影响疲劳寿命的白蚀层临界尺寸长厚比值为5,白蚀层区域不同位置的疲劳寿命随长厚比值的增加而增加,当长厚比值大于5时疲劳寿命略有下降。5.基于试验观测的白蚀层裂纹形貌特征,根据钢轨表面白蚀层的二维平面应变有限元模型,在白蚀层首端、中部和尾端预制不同长度和倾角的初始裂纹。应用应力强度因子准则和J积分准则,评估轮轨滚动接触过程中白蚀层不同部位裂纹尖端的起裂特性。研究不同裂纹长度、裂纹倾角、加载压力以及摩擦系数等对白蚀层裂纹尖端起裂特性的影响。结果表明:白蚀层首端裂纹最容易开裂,而尾端裂纹最不容易开裂。随着裂纹长度的增加,各个位置裂纹尖端的J积分最大值均减小。当白蚀层中部裂纹扩展至钢轨基体界面时,由于材料的不连续导致J积分值明显增大。白蚀层首端裂纹将沿白蚀层与基体界面方向起裂,中部裂纹扩展至基体界面后,穿过界面并以微小倾角继续扩展。尾端裂纹有两种起裂方向,其一沿白蚀层与钢轨基体界面,其二朝向钢轨基体并沿着塑性变形方向。白蚀层区域裂纹的起裂行为中,剪切模式起主导作用;加载压力和轮轨摩擦系数对白蚀层裂纹尖端的起裂特性影响较大。图76幅,表15个,参考文献155篇。
李艳奎[8](2019)在《煤岩体破裂过程多参量精准化观测实验及应用研究》文中进行了进一步梳理随着开采深度和强度的增加,冲击地压、煤与瓦斯突出等煤岩动力灾害事故愈加成为困扰煤矿安全高效生产的重要难题,建立多参量精准化监控预警系统对于降低冲击地压等灾害的发生具有重要意义。本文搭建了包含电阻率、电磁辐射、声发射及定量化图像处理程序的多参量精准化实验系统,基于单轴压缩、循环加载、分级加载三种应力路径下的精准化实验,揭示了应力、应变、电阻率、电磁辐射、声发射等多参量的定量关系,得到了声电信号超前应力破坏的预警时间差;开发了裂纹图像的自动化定量处理程序,揭示了裂纹的长度和扩展速率的演化规律;基于破坏信号的前兆信息,筛选出电磁辐射、声发射和图像三个预警参量。对加载过程中多参数信号统计分析,提出了含裂隙煤岩本构模型;将模型应用到Flac 3D中,对直立煤层超大采高、多分层同时开采进行建模、求解、分析,得到了工作面应力集中区域分布规律,为重点区域的监控预警提供指导。提出了钻孔-巷道双卸压圈理论和倒“π”型的“卸压--监控--抽采”一体化的大直径定向钻孔布置方法,此集煤体卸压、钻屑量监测和瓦斯抽采于一体的卸压措施。最后,根据实验、数值模拟和现场测定得到的预警指标、阈值和工作面应力集中区域,提出了以电磁辐射、微震(声发射)和图像为基础的煤岩动力现象多参量预警系统,在乌东、砂墩子两个具有冲击地压风险煤矿的回采工作面进行了现场应用,并对危险区域采取措施前后的煤体参数进行了测定,证明了此预警系统是可行性的,对煤矿井下动力灾害预警具有理论和工程意义。
王文博[9](2019)在《单轴加载含预制裂隙煤岩破裂演化规律试验研究》文中指出煤岩作为矿山开采中最常见的工程介质,是一种内部含有大量孔洞和裂隙的原始损伤体。煤岩裂隙的扩展是造成煤与瓦斯突出、冲击地压、煤柱失稳等矿山灾害的主要原因,探寻和掌握裂隙煤岩破裂演化规律是预防预测煤岩灾害的前提,具有十分重要的工程意义。为此,本文制备了含有不同倾角预制裂隙的煤岩试件,采用理论分析、室内试验、数值模拟等结合的方法,分别从煤岩裂纹扩展特征、声发射特征、数值模拟对比分析等方面对单轴加载含预制裂隙煤岩破裂演化规律进行了研究,主要成果如下:(1)根据不同倾角预制裂隙煤岩的应力-应变曲线,可以将煤岩变形过程分为4个阶段,裂纹的产生和扩展主要集中在弹性非稳定破坏阶段;试件平均强度和平均应变随裂隙倾角增大表现为先减小,再增大,再减小,再增大的“w”型波动形态;预制裂隙对煤岩试件的应力和应变有一定的影响,裂隙倾角不同影响程度不同。(2)研究了单轴加载下不同倾角裂隙煤岩试件裂纹扩展特征,试件以生成反翼拉伸裂纹和翼形拉伸裂纹为主,沿预制裂隙呈反对称形式分布;裂隙倾角较低时,试件起裂应力低,反翼拉伸裂纹优先起裂,产生裂纹多,裂纹扩展充分,试件呈轴向拉伸破坏;裂隙倾角较高时,试件起裂应力高,翼形拉伸裂纹优先起裂,产生裂纹少,裂纹扩展不充分,试件呈滑移剪切破坏。(3)研究了单轴加载下不同倾角裂隙煤岩试件裂纹扩展的声发射特征,裂隙倾角较低时,试件因裂隙存在非均匀变形增大,声发射幅值在微缺陷压密期较为活跃集中,裂隙倾角较高时,变得较为稀疏;反翼裂纹起裂能率远远大于翼裂纹起裂能率,前者起裂能率约为后者的2~3倍,剪切裂纹和次生裂纹产生在试件将要破坏前后,声发射特征出现突变,出现最大峰值;累计声发射计数随试件损伤程度的增加呈现“台阶式”递增,分为稳定期和非稳定期两个阶段。(4)数值模拟中产生裂纹扩展情况、起裂角度变化等结果与室内试验基本相符;反翼拉伸裂纹的裂纹开度总体上要大于翼形拉伸裂纹的裂纹开度;试件在加载前期会生成低应力集中带,其边缘受到拉应力,裂隙倾角较低时呈平行四边形,试件起裂产生反翼拉伸裂纹,裂隙倾角较高时呈扇形,试件起裂产生翼形拉伸裂纹;加载后期,不同倾角裂隙试件会形成不同的水平位移集中带,裂隙倾角较低时水平位移最大值位于试件的中轴线附近,试件容易形成腰鼓而发生轴向拉伸破坏,裂隙倾角较高时水平位移最大值逐渐向试件两端偏移,试件容易发生滑移而形成剪切破坏。
刘洋[10](2019)在《含三维裂隙脆性岩体破裂机理及裂纹重构数值分析》文中研究表明在实际工程中,岩石被看成是一种内部含有大量损伤缺陷的非连续材料,这些缺陷会对岩石在外力干扰下的裂纹扩展、贯穿机理以及力学性质产生重大影响,导致岩体的强度降低、刚度减小,引发一系列塌方、滑坡、岩爆等重大工程地质灾害。但由于试件加工技术以及实验采集设备的局限,研究中大多将此类问题简化为二维破坏模型或者采用类岩石材料的三维破坏实验,但简化为二维破坏模式会导致重要的三维信息丢失而且类岩石材料和岩石材料的破坏有着本质的不同。此外,基于三维损伤在岩石中的普遍性,开展岩石材料的三维裂纹扩展实验研究对实际工程设计、施工意义重大。本文对砂岩预制两种深度下,三种角度的非连续三维表面裂纹的试件进行单轴压缩实验,结合数字图像相关法进行表面变形的动态捕捉,并对破坏的试件进行CT扫描,运用图像处理技术将裂纹进行三维重构,弥补实验观测过程中的内部破坏信息丢失的不足,分析发现三维破坏与二维破坏规律有着显着的不同,获得主要成果如下:首先,当预制裂纹深度d和试件厚度t的比值d/t≥1/3时,破坏模式更接近于二维贯穿破坏;当d/t<1/3时,具有更明显的三维表面破坏模式;其次,实验试件单轴压缩强度受深度因素影响较为明显,当表面裂纹的深度越大,试件的强度越小。表面裂纹深度为7.5mm,d/t<1/3时的强度明显大于表面裂纹深度为10mm,d/t≥1/3时的情况;第三,试件强度受裂纹倾角布置的变化规律也较为明显。当预制裂纹夹角为90°时,试件的峰值强度最小;当预制裂纹夹角为135°时,试件的峰值强度最高。第四,运用数字图像相关法对裂纹扩展时的应变场进行动态分析,主应变和切应变的比值△来定量的定义裂纹的动态破坏模式,分为拉伸裂纹、剪切裂纹、拉伸-剪切型裂纹以及剪切-拉伸型裂纹。第五,通过CT扫描及三维裂纹的重构对比发现,预制裂纹内部尖端附近呈现出包裹状的分层裂纹,当d/t≥1/3时,往往在第二层裂纹出现纵向和前后方向的贯穿破坏,模式更加趋近普通的二维破坏。当d/t<1/3时,包裹层状裂纹的面积较大,且并未出现贯穿。
二、三维表面裂纹扩展特征的研究(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、三维表面裂纹扩展特征的研究(论文提纲范文)
(1)球头铣削仿生表面磨损与抗疲劳性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题背景及研究目的和意义 |
1.2 仿生非光滑表面研究现状 |
1.3 高速球头铣削加工表面形貌研究现状 |
1.4 模具钢加工表面摩擦磨损特性研究现状 |
1.5 模具钢加工表面形貌对抗疲劳特性研究现状 |
1.6 目前相关研究存在的主要问题 |
1.7 课题来源和论文主要研究内容 |
1.7.1 课题来源 |
1.7.2 论文主要研究内容 |
第2章 仿生凹坑形非光滑表面设计、分析与制备 |
2.1 仿生设计原型的选取与分析 |
2.1.1 仿生设计原型的选取 |
2.1.2 仿生设计原型体表形貌的提取与分析 |
2.2 仿生凹坑形表面耐磨机理分析 |
2.2.1 磨屑收集、存储能力与力矩效应 |
2.2.2 应力分散与应力缓释效应 |
2.2.3 负压减阻效应 |
2.2.4 快速散热效应 |
2.3 仿生凹坑形表面抗疲劳机理分析 |
2.4 仿生试件的制备 |
2.4.1 仿生凹坑形铣削形貌的形成过程分析 |
2.4.2 试验材料准备 |
2.4.3 仿生试件制备检测结果与分析 |
2.5 本章小结 |
第3章 球头铣削加工表面形貌仿真与实验研究 |
3.1 球头铣削加工表面形貌的形成机理 |
3.2 球头铣刀铣削过程中的切削刃建模 |
3.3 球头铣刀铣削加工表面形貌仿真方法 |
3.3.1 球头铣刀切削刃的离散化 |
3.3.2 工件模型的离散化 |
3.3.3 时间步长的离散化 |
3.3.4 球头铣刀铣削加工表面形貌仿真分析流程 |
3.4 表面形貌仿真及实验验证 |
3.4.1 表面形貌评定参数方法 |
3.4.2 相位角对表面形貌的影响 |
3.4.3 行距对表面形貌仿真的影响 |
3.4.4 每齿进给量对表面形貌仿真的影响 |
3.4.5 切削深度对表面形貌仿真的影响 |
3.5 本章小结 |
第4章 球头铣削仿生表面摩擦磨损特性研究 |
4.1 块-块干滑动摩擦磨损试验的总体规划 |
4.1.1 块-块往复式摩擦磨损试验基本参数配置 |
4.1.2 不同仿生非光滑表面摩擦磨损试验方案的确定 |
4.2 Archard摩擦磨损模型 |
4.3 仿生形貌模型摩擦磨损仿真前处理 |
4.3.1 几何模型的建立 |
4.3.2 材料选择与边界条件的定义 |
4.4 不同仿生表面形貌摩擦磨损数值模拟分析 |
4.4.1 磨损深度分析 |
4.4.2 摩擦温度分析 |
4.4.3 应变分析 |
4.5 不同仿生表面形貌摩擦磨损试验分析 |
4.5.1 摩擦系数分析 |
4.5.2 磨损率分析 |
4.5.3 磨损形貌分析 |
4.6 不同切削参数对仿生表面磨损性能的影响 |
4.6.1 行距进给对耐磨性能的影响 |
4.6.2 每齿进给量对耐磨性能的影响 |
4.6.3 切削深度对耐磨性能的影响 |
4.7 不同切削参数对仿生表面耐磨性影响的试验分析 |
4.7.1 行距进给对耐磨性能的影响 |
4.7.2 每齿进给量对耐磨性能的影响 |
4.7.3 切削深度对耐磨性能的影响 |
4.8 本章小结 |
第5章 球头铣削仿生表面抗疲劳性能研究 |
5.1 仿生表面形貌与加工表面抗疲劳性能的相关性分析 |
5.2 仿生表面形貌微观应力集中现象及疲劳裂纹扩展理论 |
5.2.1 仿生表面形貌微观应力集中与疲劳寿命相关性分析 |
5.2.2 疲劳裂纹扩展理论模型 |
5.3 仿生表面形貌抗疲劳性能试验方法及条件 |
5.3.1 疲劳试验准备及过程 |
5.3.2 试件疲劳断口处理及观测 |
5.4 不同仿生表面形貌疲劳特性仿真与试验分析 |
5.4.1 疲劳寿命仿真分析前处理 |
5.4.2 不同仿生疲劳试件疲劳寿命仿真与试验分析 |
5.4.3 不同仿生疲劳试件疲劳损伤仿真分析 |
5.5 切削参数对四边形仿生表面疲劳特性的仿真与试验分析 |
5.5.1 不同行距进给对仿生疲劳试件疲劳寿命的影响 |
5.5.2 不同每齿进给量对仿生疲劳试件疲劳寿命的影响 |
5.5.3 不同切削深度对仿生疲劳试件疲劳寿命的影响 |
5.6 不同仿生表面疲劳裂纹扩展分析 |
5.6.1 不同仿生表面疲劳裂纹扩展仿真分析 |
5.6.2 不同仿生表面疲劳裂纹扩展特征参数对比分析 |
5.6.3 疲劳断口分析 |
5.7 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读博士学位期间主要研究成果 |
致谢 |
(2)断续裂隙岩石常规三轴压缩力学行为及破坏机理研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
变量注释表 |
1 绪论 |
1.1 问题的提出及研究意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.3 主要研究内容与技术路线 |
2 断续单裂隙砂岩常规三轴压缩力学行为试验研究 |
2.1 试验材料与试验程序 |
2.2 完整砂岩三轴压缩试验结果 |
2.3 单裂隙砂岩力学特性分析 |
2.4 单裂隙砂岩破坏特征分析 |
2.5 裂隙岩体损伤统计本构模型 |
2.6 本章小结 |
3 断续双裂隙砂岩常规三轴压缩力学行为试验研究 |
3.1 常规三轴压缩试验方案 |
3.2 常规三轴压缩下共面双裂隙砂岩力学行为试验研究 |
3.3 常规三轴压缩下非共面双裂隙砂岩力学行为试验研究 |
3.4 基于声发射的双裂隙砂岩裂纹演化机制分析 |
3.5 本章小结 |
4 断续裂隙砂岩常规三轴压缩宏观力学行为数值模拟研究 |
4.1 数值模拟方法 |
4.2 完整砂岩常规三轴压缩宏观力学特性模拟结果 |
4.3 断续单裂隙砂岩常规三轴压缩宏观力学特性模拟结果 |
4.4 断续共面双裂隙砂岩常规三轴压缩宏观力学特性模拟结果 |
4.5 断续非共面双裂隙砂岩常规三轴压缩宏观力学特性模拟结果 |
4.6 本章小结 |
5 断续裂隙砂岩常规三轴压缩细观破裂机理数值模拟研究 |
5.1 完整砂岩常规三轴压缩细观破裂机理模拟结果 |
5.2 断续单裂隙砂岩常规三轴压缩细观破裂机理模拟结果 |
5.3 断续共面双裂隙砂岩常规三轴压缩细观破裂机理模拟结果 |
5.4 断续非共面双裂隙砂岩细观破裂机理模拟结果 |
5.5 本章小节 |
6 裂隙岩体深埋引水隧洞工程应用 |
6.1 裂隙岩体深埋引水隧洞工程背景 |
6.2 裂隙岩体深埋引水隧洞数值模型的建立 |
6.3 裂隙岩体深埋引水隧洞围岩变形破坏机理分析 |
6.4 本章小节 |
7 结论与展望 |
7.1 主要结论 |
7.2 主要创新点 |
7.3 研究展望 |
参考文献 |
作者简历 |
学位论文数据集 |
(3)岩石三维内置裂隙扩展机制的物理试验与数值模拟研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 选题背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 单轴压缩下岩石三维裂隙扩展规律研究现状 |
1.2.2 三轴压缩下岩石三维裂隙扩展规律研究现状 |
1.2.3 卸载条件下岩石三维裂隙扩展规律研究现状 |
1.2.4 3D打印技术在岩石力学中应用 |
1.2.5 存在的问题 |
1.3 本文主要研究内容及技术路线 |
1.3.1 研究内容 |
1.3.2 技术路线 |
2 岩石三维裂隙概念及数值模拟方法 |
2.1 三维裂隙概念与分类 |
2.1.1 按裂隙空间位置分类 |
2.1.2 按裂隙成因类型分类 |
2.2 RFPA~(3D)数值分析系统原理 |
2.2.1 本构模型 |
2.2.2 非均质性 |
2.3 RFPA分析过程简介 |
3 基于三维打印技术的岩石内置三维裂隙扩展研究 |
3.1 3D打印技术简介与试验方案设计 |
3.1.1 3D打印技术简介 |
3.1.2 物理试验方案设计 |
3.2 物理试验结果分析 |
3.2.1 试样破坏模式分析 |
3.2.2 试样力学特性分析 |
3.2.3 三种类岩石试样力学特性对比分析 |
3.3 本章小结 |
4 单轴压缩条件下岩石三维内置裂隙扩展规律研究 |
4.1 物理试验设计与含内置三维双裂隙试样制备 |
4.1.1 物理试验方案设计 |
4.1.2 含内置三维双裂隙试样制备 |
4.2 物理试验结果 |
4.2.1 试样破坏模式分析 |
4.2.2 试样力学性质分析 |
4.3 数值模拟参数确定 |
4.4 本章小结 |
5 真三轴加载条件下岩石三维内置裂隙的扩展规律研究 |
5.1 数值模拟条件 |
5.2 裂隙倾角及裂纹形式对裂隙扩展规律影响研究 |
5.2.1 裂隙扩展规律分析 |
5.2.2 试样力学特性分析 |
5.3 中主应力大小对裂隙扩展规律影响研究 |
5.3.1 裂隙扩展演化分析 |
5.3.2 峰值强度及声发射特征分析 |
5.4 中主应力方向对裂隙扩展规律影响研究 |
5.4.1 试样破坏模式分析 |
5.4.2 试样峰值强度分析 |
5.5 不同裂隙形式扩展规律分析 |
5.5.1 试样破坏模式对比分析 |
5.5.2 试样力学特性对比分析 |
5.6 本章小结 |
6 真三轴卸载条件下岩石三维内置裂隙扩展规律研究 |
6.1 数值模拟条件及方案设计 |
6.2 卸载路径对裂隙扩展规律的影响研究 |
6.2.1 裂隙扩展规律分析 |
6.2.2 声发射规律分析 |
6.3 中主应力大小对裂隙扩展规律的影响研究 |
6.3.1 试样破坏模式分析 |
6.3.2 应力-应变曲线及声发射规律分析 |
6.4 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
致谢 |
(4)液氮预注后页岩压裂的损伤破裂机理研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
abstract |
变量注释表 |
1 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状与不足 |
1.3 研究内容及方法 |
1.4 主要创新点 |
2 液氮冷却作用后页岩的物理力学特性 |
2.1 试样采集与加工 |
2.2 试验设备与试验方案 |
2.3 页岩压缩力学特性 |
2.4 页岩拉伸力学特性 |
2.5 页岩渗透率特性 |
2.6 本章小结 |
3 液氮预注后页岩氮气压裂试验研究 |
3.1 试验系统研制与试验步骤 |
3.2 试样制备与试验方案 |
3.3 不同条件下试样破裂压力变化规律 |
3.4 液氮冷却作用下页岩气储层压裂机理 |
3.5 本章小结 |
4 压裂岩样损伤破裂的宏细观机制 |
4.1 压裂岩样损伤破坏的宏观特征 |
4.2 压裂岩样破裂面的三维形貌特征 |
4.3 压裂岩样细观损伤测试 |
4.4 压裂岩样断口的细观形貌特征 |
4.5 岩样破裂面宏细观破坏特征联系 |
4.6 本章小结 |
5 基于损伤演化的页岩热-流-固耦合模型 |
5.1 页岩损伤破坏准则与力学参数演化模型 |
5.2 多物理场耦合模型 |
5.3 数值模型的有限元解法 |
5.4 模型验证 |
5.5 本章小结 |
6 液氮预注对页岩气储层压裂损伤演化的影响 |
6.1 数值计算模型与参数 |
6.2 液氮注入时间的影响 |
6.3 强制对流换热系数的影响 |
6.4 储层温度的影响 |
6.5 地应力状态的影响 |
6.6 层理倾角的影响 |
6.7 本章小结 |
7 结论与展望 |
7.1 主要结论 |
7.2 展望 |
参考文献 |
作者简历 |
学位论文数据集 |
(5)非贯通交叉型节理岩体巷道围岩定向破裂机理与控制研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 选题背景及研究意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 裂隙岩体的力学特性与破裂机理研究 |
1.2.2 裂隙岩体损伤本构模型研究 |
1.2.3 裂隙岩石脆性断裂的破裂判据研究 |
1.2.4 裂隙岩体止裂与围岩控制技术研究 |
1.3 论文主要研究内容及技术路线 |
1.3.1 主要研究内容 |
1.3.2 技术路线图 |
2 交叉型裂隙岩石破坏力学行为研究 |
2.1 交叉裂隙岩石力学试验方案 |
2.1.1 岩石试样材料的选取 |
2.1.2 裂隙设计与试样加工 |
2.1.3 仪器设备及试验过程 |
2.2 中心圆孔对花岗岩试样力学性质的影响 |
2.2.1 中心圆孔对完整试样力学性质的影响 |
2.2.2 中心圆孔对交叉裂隙试样力学性质的影响 |
2.3 交叉裂隙对岩石强度的影响规律 |
2.3.1 交叉裂隙岩石峰值强度试验结果 |
2.3.2 交叉裂隙岩石峰值强度变化规律 |
2.4 交叉裂隙岩石起裂应力变化规律 |
2.4.1 交叉裂隙岩石起裂应力试验结果 |
2.4.2 交叉裂隙岩石起裂应力变化规律 |
2.5 本章小结 |
3 交叉型裂隙岩石起裂机理与破裂模式研究 |
3.1 表面应变场测量技术简介 |
3.1.1 数字图像测量技术的发展 |
3.1.2 数字图像测量的原理 |
3.1.3 数据采集系统与设备 |
3.2 基于表面应变场特征的裂纹起裂机理分析 |
3.2.1 岩石表面散斑点的绘制 |
3.2.2 岩石表面应变场测量结果 |
3.2.3 裂隙岩石裂纹起裂机理分析 |
3.3 基于表面应变场特征的岩石破坏特征分析 |
3.4 本章小结 |
4 基于畸变能理论的交叉型裂隙岩石起裂机理研究 |
4.1 裂隙岩石裂纹端部的应力与位移 |
4.2 基于最大畸变能理论的裂隙岩石起裂判据研究 |
4.3 基于FLAC3D的裂隙岩石最大畸变能起裂判据分析 |
4.4 小结 |
5 基于裂纹扩展路径的岩石止裂控制方法研究 |
5.1 巷道围岩结构面信息采集 |
5.1.1 结构面识别系统 |
5.1.2 结构面信息统计 |
5.2 巷道与结构面空间关系模型 |
5.3 巷道节理岩体定向止裂控制 |
5.3.1 单节理岩体定向止裂控制 |
5.3.2 交叉型节理岩体定向止裂控制 |
5.4 小结 |
6 三山岛金矿节理岩体巷道围岩控制研究 |
6.1 三山岛金矿深部围岩现状 |
6.2 三山岛深部巷道地应力测量 |
6.2.1 地应力测量技术 |
6.2.2 地应力测量结果 |
6.3 三山岛金矿深部巷道支护现状 |
6.4 巷道节理岩体局部定向加强支护方法研究 |
6.4.1 岩体力学参数计算 |
6.4.2 单节理岩体巷道围岩稳定性分析 |
6.4.3 交叉型节理岩体巷道围岩稳定性分析 |
6.5 巷道局部定向加强支护与应力监测 |
6.6 小结 |
7 结论与建议 |
7.1 主要结论 |
7.2 创新点 |
7.3 展望 |
参考文献 |
作者简历及在学研究成果 |
学位论文数据集 |
(6)裂隙岩体边坡岩桥破坏机制及稳定性研究(论文提纲范文)
中文摘要 |
英文摘要 |
1 绪论 |
1.1 选题背景及研究意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 裂纹扩展及岩桥破坏机制的试验研究现状 |
1.2.2 裂纹扩展及岩桥破坏机制的数值研究现状 |
1.2.3 裂隙岩体边坡破坏机制研究 |
1.2.4 存在的问题 |
1.3 本文研究内容及技术路线 |
1.3.1 主要研究内容 |
1.3.2 技术路线 |
2 单、三轴压缩作用下岩桥的破坏机制 |
2.1 引言 |
2.2 岩样制备及加载系统 |
2.3 完整岩样的基本力学特性试验 |
2.3.1 单轴压缩试验 |
2.3.2 常规三轴压缩试验 |
2.3.3 巴西圆盘劈裂试验 |
2.4 单轴压缩下岩桥的破坏机制 |
2.4.1 平行断续裂隙岩体 |
2.4.2 陡-缓断续裂隙岩体 |
2.5 常规三轴压缩下岩桥的破坏机制 |
2.5.1 平行断续裂隙岩体 |
2.5.2 陡-缓断续裂隙岩体 |
2.6 本章小结 |
3 法向卸荷-剪切作用下岩桥的破坏机制 |
3.1 引言 |
3.2 平行断续裂隙间岩桥的破坏机制 |
3.2.1 试验概况 |
3.2.2 破坏形态 |
3.2.3 强度及变形 |
3.3 陡-缓断续裂隙间岩桥的破坏机制 |
3.3.1 试验概况 |
3.3.2 破坏形态 |
3.3.3 强度及变形 |
3.4 本章小结 |
4 单轴压缩下走向非一致裂隙间岩桥的破坏机制 |
4.1 引言 |
4.2 试验概况 |
4.2.1 模型材料选取 |
4.2.2 试样制备及加载方案 |
4.3 裂纹的扩展及贯通模式 |
4.3.1 预制裂隙对在中心面上呈平行分布 |
4.3.2 预制裂隙对在中心面上呈陡-缓分布 |
4.4 CT图像处理后的结果分析 |
4.4.1 基于CT扫描图像灰度的识别 |
4.4.2 基于CT扫描图像评价损伤变量 |
4.5 强度及变形特征 |
4.5.1 应力-应变曲线 |
4.5.2 特征应力及应变与裂隙偏转角的关系 |
4.6 本章小结 |
5 陡-缓结构面控制型边坡岩桥破坏机制及稳定性计算 |
5.1 引言 |
5.2 试验技术 |
5.2.1 边坡模型的制备 |
5.2.2 材料的相似性分析 |
5.2.3 试验系统及试验步骤 |
5.3 破坏模式 |
5.4 破坏演化 |
5.4.1 岩桥张拉贯通破坏(破坏模式1) |
5.4.2 岩桥拉-剪贯通破坏(破坏模式2) |
5.4.3 两级破坏(破坏模式3) |
5.5 稳定性评价 |
5.5.1 边坡的承载力及脆塑性 |
5.5.2 边坡稳定性计算 |
5.6 本章小结 |
6 开挖卸荷作用下裂隙边坡阶梯式破坏机制及稳定性分析 |
6.1 引言 |
6.2 数值模型及实现流程 |
6.2.1 局部强度折减及模拟步骤 |
6.2.2 数值模型建立及模拟方案 |
6.3 滑移破裂模式 |
6.3.1 平行裂隙边坡 |
6.3.2 陡-缓裂隙边坡 |
6.4 破裂演化过程 |
6.4.1 平行裂隙边坡 |
6.4.2 陡-缓裂隙边坡 |
6.5 稳定性分析 |
6.6 本章小结 |
7 主要结论与展望 |
7.1 主要结论 |
7.2 本文创新点 |
7.3 研究展望 |
参考文献 |
附录 |
A.本文的裂隙岩体及边坡模型破坏模式归纳 |
B.作者在攻读博士学位期间发表的论文 |
C.作者在攻读博士学位期间申请的发明专利 |
D.作者在攻读博士学位期间参与的科研项目 |
E.学位论文数据集 |
致谢 |
(7)钢轨马氏体白蚀层相变及疲劳特性研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
ABSTRACT |
1 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 钢轨隐伤与白蚀层的关系 |
1.3 钢轨白蚀层的研究现状 |
1.3.1 白蚀层的形成机制 |
1.3.2 热机械耦合计算与钢轨白蚀层 |
1.3.3 马氏体白蚀层的相变过程研究 |
1.3.4 白蚀层的滚动接触疲劳特性 |
1.3.5 白蚀层的裂纹扩展特征 |
1.4 本文的选题意义和主要研究内容 |
1.4.1 选题意义 |
1.4.2 主要研究内容 |
2 材料微观分析与热机械性能测试 |
2.1 微观形貌观察 |
2.1.1 样品制备 |
2.1.2 光镜观察结果 |
2.1.3 扫描电镜观察结果 |
2.2 显微硬度测试及分析 |
2.2.1 硬度测试 |
2.2.2 结果分析 |
2.3 高速淬火膨胀试验 |
2.3.1 试验原理及条件 |
2.3.2 相变参数结果 |
2.4 压缩热模拟试验 |
2.4.1 试验原理及条件 |
2.4.2 热机械性能参数结果 |
2.5 本章小结 |
3 轮轨接触热机械耦合效应 |
3.1 热机械耦合有限元模型 |
3.1.1 建模方法 |
3.1.2 实际尺寸轮轨滚动接触热机械模型 |
3.1.3 等效移动压力斑与热源耦合模型 |
3.2 温度计算结果 |
3.2.1 实际尺寸轮轨滚动接触压力斑与热源斑的廓形 |
3.2.2 钢轨表面温度计算结果及准确性验证 |
3.2.3 车轮多次通过对钢轨表面温度变化的影响 |
3.3 等效应变分析与疲劳评估验证 |
3.3.1 等效应变与残余应变 |
3.3.2 疲劳寿命评估 |
3.4 热机械耦合模型的钢轨踏面磨损率预测及验证 |
3.4.1 “Brick”磨损率计算模型 |
3.4.2 磨损率计算结果 |
3.4.3 与试验结果的对比 |
3.5 本章小结 |
4 钢轨马氏体白蚀层的相变过程及其演化 |
4.1 热机械与相变耦合有限元模型 |
4.1.1 材料模型 |
4.1.2 相变本构关系 |
4.1.3 载荷边界条件 |
4.2 轨面温度演化与相变过程 |
4.2.1 轨面温度随车轮通过次数的演化关系 |
4.2.2 珠光体-奥氏体-马氏体相变过程 |
4.2.3 马氏体白蚀层的厚度 |
4.3 连挂机车多次通过过程中马氏体白蚀层的演化 |
4.3.1 马氏体体积分数变化 |
4.3.2 马氏体白蚀层厚度的变化 |
4.4 本章小结 |
5 白蚀层对轮轨界面滚动接触疲劳性能影响的研究 |
5.1 含白蚀层轮轨界面滚动接触有限元模型 |
5.1.1 有限元模型的材料参数 |
5.1.2 白蚀层的几何形状 |
5.1.3 边界和加载条件 |
5.2 滚动接触疲劳计算方法 |
5.3 滚动接触过程中应力应变分布 |
5.3.1 轮轨接触应力时间历程 |
5.3.2 白蚀层区域的应力应变分布 |
5.3.3 沿轨面深度方向上的应力梯度分布 |
5.4 不同参数对钢轨基体与白蚀层应力变化的影响 |
5.4.1 加载压力的影响 |
5.4.2 摩擦系数的影响 |
5.4.3 白蚀层尺寸的影响 |
5.4.4 滑滚比的影响 |
5.5 白蚀层疲劳寿命计算及其影响因素分析 |
5.5.1 白蚀层区域不同位置的疲劳寿命预测 |
5.5.2 不同参数对疲劳系数FP值的影响 |
5.6 本章小结 |
6 钢轨白蚀层区域裂纹尖端的起裂特性 |
6.1 白蚀层区域裂纹有限元模型 |
6.1.1 材料参数 |
6.1.2 有限元建模 |
6.2 断裂力学理论 |
6.2.1 J积分方法 |
6.2.2 应力强度因子理论 |
6.3 J积分计算结果与裂纹尖端应力场分析 |
6.3.1 J积分计算结果 |
6.3.2 裂纹尖端应力场分析 |
6.4 不同位置裂纹的开裂模式 |
6.4.1 白蚀层首端裂纹 |
6.4.2 白蚀层中部裂纹 |
6.4.3 白蚀层尾端裂纹 |
6.5 不同参数对裂纹尖端起裂特性的影响 |
6.5.1 裂纹长度的影响 |
6.5.2 裂纹倾角的影响 |
6.5.3 加载压力的影响 |
6.5.4 摩擦系数的影响 |
6.6 本章小结 |
7 结论和展望 |
7.1 本文主要结论 |
7.2 本文主要创新点 |
7.3 展望 |
参考文献 |
作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果 |
学位论文数据集 |
(8)煤岩体破裂过程多参量精准化观测实验及应用研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 研究现状 |
1.2.1 冲击地压研究现状 |
1.2.2 裂纹扩展声电效应研究现状 |
1.2.3 裂纹扩展图像研究现状 |
1.3 存在问题及不足 |
1.4 主要研究内容及技术路线 |
1.4.1 主要研究内容 |
1.4.2 研究方法及技术路线 |
第二章 煤岩压缩过程多参量信号规律试验 |
2.1 多参量精准化实验系统及试样 |
2.1.1 实验系统的搭建 |
2.1.2 实验系统的特点 |
2.1.3 煤岩样的制备 |
2.2 试验方案及步骤 |
2.2.1 实验方案 |
2.2.2 实验步骤 |
2.3 煤岩样破坏情况 |
2.3.1 单轴加载破坏强度 |
2.3.2 循环加载破坏阶段 |
2.3.3 分级加载破坏阶段 |
2.4 加载过程中的多参量信号变化规律 |
2.4.1 煤岩压缩破坏过程中的声电信号 |
2.4.2 主裂纹贯通过程中的声电信号 |
2.4.3 记忆效应对声电信号的影响 |
2.5 破裂时多参量信号的前兆及辨识 |
2.6 本章小结 |
第三章 裂纹图像的精准化识别及定量分析 |
3.1 裂纹图像 |
3.1.1 裂纹扩展全过程图像 |
3.1.2 裂纹的三维图像 |
3.2 裂纹图像的动态识别 |
3.2.1 裂纹图像预处理 |
3.2.2 含裂纹图像的筛选 |
3.3 裂纹图像的定量化处理 |
3.3.1 图像差异化的批量处理 |
3.3.2 图像的展平 |
3.3.3 裂纹的动态扩展 |
3.3.4 岩爆现象对观测的干扰 |
3.4 破裂时的主裂纹当量长度 |
3.5 本章小结 |
第四章 含裂隙煤岩破坏模型及预警重点区域数值模拟 |
4.1 煤岩破裂本构模型的建立 |
4.1.1 煤岩样破裂阶段划分 |
4.1.2 含裂隙的煤岩破坏模型 |
4.2 模型在FLAC中的显示差分化 |
4.2.1 FLAC~(3D)及FISH语言 |
4.2.2 模型的显示差分化 |
4.3 重点监控区域采动模型的建立 |
4.3.1 模拟煤层概况 |
4.3.2 采动模型及边界条件 |
4.4 重点监控区域模拟结果及分析 |
4.4.1 单一水平开采重点区域 |
4.4.2 上下水平同时开采危险区域 |
4.5 本章小结 |
第五章 煤岩动力现象多参量预警系统的建立及应用 |
5.1 多参量综合预警体系的建立 |
5.1.1 EME、AE和裂纹预警指标的确定 |
5.1.2 预警系统的组成 |
5.2 冲击地压预警与数值模拟结果对比分析 |
5.2.1 电磁辐射分析 |
5.2.2 微震现场分析 |
5.2.3 井下工作面的图像分析 |
5.3 预警系统在注水和钻孔卸压中的效果评价 |
5.3.1 煤体大范围注水卸压 |
5.3.2 大直径定向钻孔卸压 |
5.4 本章小结 |
第六章 结论与展望 |
6.1 主要结论 |
6.2 创新点 |
6.3 研究不足及展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读博士学位期间主要的科研成果 |
(9)单轴加载含预制裂隙煤岩破裂演化规律试验研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
变量注释表 |
1 绪论 |
1.1 课题研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.3 研究内容与研究路线 |
2 受力状态下裂纹扩展分析 |
2.1 裂纹的基本形态 |
2.2 断裂力学基本理论 |
2.3 二维及三维裂纹扩展分析 |
2.4 本章小结 |
3 单轴加载裂隙煤岩试件变形及强度特征 |
3.1 试验方案设计 |
3.2 煤岩试样材料的基本力学性质测试 |
3.3 不同倾角裂隙煤岩试件强度及变形特征分析 |
3.4 本章小结 |
4 单轴加载裂隙煤岩试件破裂演化规律研究 |
4.1 不同倾角裂隙煤岩试件表面裂纹扩展规律 |
4.2 不同倾角裂隙煤岩试件声发射特征 |
4.3 不同倾角裂隙煤岩试件表面破裂过程数值模拟 |
4.4 本章小结 |
5 结论与展望 |
5.1 主要结论 |
5.2 创新点 |
5.3 展望 |
参考文献 |
作者简历 |
致谢 |
学位论文数据集 |
(10)含三维裂隙脆性岩体破裂机理及裂纹重构数值分析(论文提纲范文)
中文摘要 |
英文摘要 |
1 绪论 |
1.1 研究背景意义 |
1.2 研究现状 |
1.2.1 裂纹扩展实验研究现状 |
1.2.2 数字图像相关法应用研究现状 |
1.2.3 CT及图像处理技术研究现状 |
1.3 本文研究目的和主要内容 |
1.3.1 本文研究的目的 |
1.3.2 本文研究的主要内容 |
1.3.3 技术路线 |
2 实验准备和实验介绍 |
2.1 设备系统及仪器介绍 |
2.1.1 加载设备系统 |
2.1.2 DIC设备采集系统 |
2.1.3 CT扫描系统 |
2.2 试件加工及实验方案 |
2.2.1 实验目的 |
2.2.2 实验制备及方案 |
2.2.3 实验制备及方案 |
2.3 力学实验结果及分析 |
2.3.1 力学实验结果 |
2.3.2 试件特征破坏点分析 |
2.3.3 力学特征规律分析 |
2.3.4 应力应变曲线分析 |
2.4 本章小结 |
3 裂纹扩展机理分析 |
3.1 三维裂纹扩展 |
3.1.1 三维裂纹扩展过程 |
3.1.2 三维裂纹扩展种类 |
3.2 角度影响因素实验分析 |
3.2.1 三维双裂纹几何布置 |
3.2.2 三维10mm深度表面裂纹扩展 |
3.3 深度影响因素实验分析 |
3.3.1 裂纹深度7.5mm实验分析 |
3.3.2 裂纹深度对比实验分析 |
3.4 本章小结 |
4 DIC动态分析结果 |
4.1 数字图像相关法原理 |
4.1.1 图像采集相关原理 |
4.1.2 应变场采集相关原理 |
4.2 散斑试样的制备及实验步骤 |
4.2.1 散斑试样的制备方法 |
4.2.2 DIC实验步骤 |
4.3 DIC数据的分析结果 |
4.3.1 三维45°双裂纹表面裂纹扩展模式分析 |
4.3.2 三维90°双裂纹表面裂纹扩展模式分析 |
4.3.3 三维135°双裂纹表面裂纹扩展模式分析 |
4.3.4 三维10mm深度双裂纹扩展对比分析 |
4.4 本章小结 |
5 CT扫描结果及试件重构 |
5.1 CT扫描技术简介及原理 |
5.1.1 CT扫描技术简介 |
5.1.2 CT扫描原理 |
5.1.3 CT扫描实验 |
5.2 CT图像处理及重构原理分析 |
5.2.1 CT扫描中值处理算法 |
5.2.2 CT扫描图像二值化 |
5.2.3 移动立方体法三维重构介绍 |
5.3 CT扫描图像三维重构分析 |
5.3.1 三维45°裂纹贯通分析 |
5.3.2 三维90°裂纹贯通分析 |
5.3.3 三维135°裂纹贯通分析 |
5.3.4 三维内部裂隙提取 |
5.4 本章小结 |
6 结论与展望 |
6.1 主要结论 |
6.2 后续研究工作的展望 |
附录 |
A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录 |
B. 学位论文数据集 |
致谢 |
参考文献 |
四、三维表面裂纹扩展特征的研究(论文参考文献)
- [1]球头铣削仿生表面磨损与抗疲劳性能研究[D]. 崔有正. 哈尔滨理工大学, 2021(01)
- [2]断续裂隙岩石常规三轴压缩力学行为及破坏机理研究[D]. 刘相如. 中国矿业大学, 2020
- [3]岩石三维内置裂隙扩展机制的物理试验与数值模拟研究[D]. 滑笑笑. 大连理工大学, 2020(02)
- [4]液氮预注后页岩压裂的损伤破裂机理研究[D]. 陶静. 中国矿业大学, 2020
- [5]非贯通交叉型节理岩体巷道围岩定向破裂机理与控制研究[D]. 武旭. 北京科技大学, 2019(06)
- [6]裂隙岩体边坡岩桥破坏机制及稳定性研究[D]. 钟助. 重庆大学, 2019(01)
- [7]钢轨马氏体白蚀层相变及疲劳特性研究[D]. 连青林. 北京交通大学, 2019(03)
- [8]煤岩体破裂过程多参量精准化观测实验及应用研究[D]. 李艳奎. 太原理工大学, 2019(04)
- [9]单轴加载含预制裂隙煤岩破裂演化规律试验研究[D]. 王文博. 山东科技大学, 2019(05)
- [10]含三维裂隙脆性岩体破裂机理及裂纹重构数值分析[D]. 刘洋. 重庆大学, 2019(01)