多缺口及裂紋群加筋板的力學行為項目摘要

含多缺口及裂紋群結(jié)構(gòu)的力學行為是當今結(jié)構(gòu)完整性研究的關(guān)鍵問題之一，本項研究中提出了復雜載荷下含任意分布多缺口及裂紋群有限大各向異性板彈性問題的級數(shù)解，并有效解決由于裂紋閉合導致的非線性多體接觸問題，導出外邊界與常規(guī)有限元相協(xié)調(diào)的含多缺口及裂紋群各向異性板的Global-Local雜交應力有限單元，建立高效的復雜載荷下任意多缺口及裂紋群復雜結(jié)構(gòu)的力學響應分析方法，提出多裂紋失效判據(jù)，突破現(xiàn)有判據(jù)只能用于共線裂紋情況，系統(tǒng)研究各幾何參數(shù)、物理參數(shù)對結(jié)構(gòu)破壞模式和剩余強度的影響規(guī)律，從而建立有效的復雜載荷下多缺口及裂紋群加筋板力學響應分析方法和損傷容限評定技術(shù)。課題所涉及到的多連通域邊值、多體接觸、失效判據(jù)等關(guān)鍵問題，在該領(lǐng)域急需解決。此外項目研究成果也可用于現(xiàn)代損傷力學中本構(gòu)關(guān)系、損傷演變過程及失效模式等方面的研究，具有重要的理論意義。

按材料分類，加筋板可分為金屬加筋板，復合材料加筋板。

采用理論和實驗相結(jié)合的方法，研究在低速沖擊后，含界面分層/脫粘和基體橫向微裂紋損傷復合材料加筋板殼結(jié)構(gòu)的自振頻率、頻率響應函數(shù)、模態(tài)和阻尼特性以及在動載下的響應行為和破壞機理，發(fā)展含損傷復合材料結(jié)構(gòu)的非線性動力學分析理論、方法和開發(fā)相應的軟件，通過參數(shù)討論，為復合材料工程結(jié)構(gòu)的損傷容限設計、識別和失效防范提供分析依據(jù)。

在隧道等地下工程爆破施工中，超欠挖現(xiàn)象嚴重影響隧道施工期安全。如何獲得爆生氣體作用下巖石裂紋的擴展方向和長度，及其與既有裂隙的貫通形式與交互作用，是提高隧道光面爆破技術(shù)水平的核心問題。本項目以爆炸力學及線彈性斷裂力學為理論基礎，采取實驗研究、理論分析與現(xiàn)場實際驗證相結(jié)合的手段，重點研究爆生氣體作用下巖石裂紋的力學行為及其擴展模型。首先，基于爆炸力學理論，獲得爆生氣體膨脹壓力隨時間變化規(guī)律；在此基礎上采用線彈性斷裂力學方法，建立爆生氣體作用下巖石裂紋的擴展及止裂準則，計算裂紋的最終長度；通過爆生氣體作用下巖石裂紋形態(tài)特征實驗，研究爆生裂紋的長度、方向等形態(tài)特征及其與既有裂隙的交互作用；建立基于解析計算與室內(nèi)實驗的爆生氣體作用下巖石裂紋擴展模型。本項目的研究，可為豐富和發(fā)展巖石爆破理論，提高隧道光面爆破技術(shù)水平，提供理論依據(jù)與技術(shù)支持，對解決隧道等地下工程爆破中的超欠挖問題有重要的價值。