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岩土材料拉伸强度仪研制与虚拟力学性能仿真

作　者: 冯樊
导　师: 王贵荣；李晓军
学　校: 西安科技大学
专　业: 地质工程
关键词: 岩土材料抗拉强度数字图像处理技术有限元模型
分类号: TU411.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

针对岩土材料细观力学数值模拟结果与宏观力学试验验证之间缺乏相关试验设备的现状,在考虑岩土材料非均匀性的同时,研制了可与工业CT配套使用的岩土材料间接拉伸强度测定仪。该仪器中,试件做成环状。在环状试件的内壁施加径向压应力时,试样在环向方向产生拉应力。试验时,当内壁压力大到一定值后试样破坏,对试验数据进行分析,可以得到试样的抗拉强度。同时,采用抗拉强度较弱的压实黄土进行试验验证,并与传统的抗拉强度试验进行对比分析。利用第四代设备与工业CT配套,初步开展了不同粘弹性沥青胶结颗粒材料不同破损阶段的拉伸测试。利用数字图像技术对粘弹性岩土材料CT图像进行了处理,并在此基础上建立了考虑微观结构和非均匀性的有限元模型。通过有限元分析计算,初步实现了在考虑微观结构的同时,利用不同组成的力学性能作为输入参数,预测试件整体力学性能的虚拟仿真模型,对于开发基于虚拟仿真模型的设计、评价起到积极的作用。利用所研制的间接拉伸强度测定设备,为进一步开展岩土材料拉伸变形力学性能试验与虚拟力学性能仿真验证奠定了基础。

全文目录

摘要  2-3
ABSTRACT  3-6
1 绪论  6-13
  1.1 选题背景及研究意义  6-8
  1.2 国内外研究现状  8-10
  1.3 研究目标与内容  10-12
    1.3.1 非均匀性岩土材料抗拉强度试验设备的研制  10-11
    1.3.2 岩土材料内部结构的数字化分析  11
    1.3.3 虚拟仿真的实现  11-12
  1.4 研究方法与技术路线  12-13
2 测试原理及设备研制  13-34
  2.1 测试原理  13-21
    2.1.1 弹性力学原理  13-16
    2.1.2 模拟间接拉伸强度仪试验原理及试验参数校正计算  16-17
    2.1.3 ANSYS 模拟分析试验影响因素  17-21
  2.2 设备研制  21-34
    2.2.1 一代试验装置  21-22
    2.2.2 二代试验装置  22-23
    2.2.3 三代试验装置  23-24
    2.2.4 四代试验装置  24-28
    2.2.5 加载系统  28-29
    2.2.6 数据测量及采集系统  29-31
    2.2.7 试样制备方式  31-34
3 试验验证对比  34-48
  3.1 材料及属性  34
  3.2 试验验证  34-41
    3.2.1 试验方案  34
    3.2.2 试验方法  34-36
    3.2.3 数据处理  36-41
  3.3 对比试验验证  41-48
    3.3.1 试验原理  41-42
    3.3.2 试验方案  42
    3.3.3 试验方法  42-44
    3.3.4 数据处理  44-46
    3.3.5 数据分析  46-48
4 岩土材料数值模型建立与虚拟仿真初步实现  48-73
  4.1 颗粒、胶浆和空隙图像的数字转换  48-53
  4.2 ANSYS数值模型的建立  53-56
    4.2.1 半圆弯拉模型  53-54
    4.2.2 巴西劈裂模型  54
    4.2.3 圆环拉裂模型  54
    4.2.4 伪三维模型  54-56
  4.3 弹性模型下虚拟仿真试验  56-67
    4.3.1 半圆弯拉试验  56-61
    4.3.2 巴西劈裂试验  61-63
    4.3.3 圆环拉裂试验  63-67
  4.4 黏弹模型下虚拟仿真试验  67-73
    4.4.1 单轴蠕变压缩试验  67-68
    4.4.2 BURGERS 模型PRONY 级数拟合  68-69
    4.4.3 计算结果分析  69-73
5 结论  73-74
  5.1 结论  73
  5.2 展望  73-74
致谢  74-75
参考文献  75-79
附录  79

岩土材料拉伸强度仪研制与虚拟力学性能仿真

内容摘要

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