瀝青路面開(kāi)裂過(guò)程的損傷力學(xué)模擬

本課題應(yīng)用無(wú)損檢測(cè)試驗(yàn)手段和反分析理論與方法研究瀝青路面材料的強(qiáng)度特性和損傷及開(kāi)裂特性，從工程力學(xué)反問(wèn)題的本質(zhì)出發(fā)，根據(jù)系統(tǒng)識(shí)別原理和現(xiàn)代路面力理論，建立了路面材料性能反分析基本方法，并應(yīng)用奇異值分解技術(shù)有效地解決了反演過(guò)程的不穩(wěn)定和反演結(jié)果的不唯一問(wèn)題，應(yīng)用Paris-Erdogon定律和有限元數(shù)值方法，研究瀝青路面材料的損傷和微裂紋分布特性，模擬材料在微裂紋形成過(guò)程中的能量損失和由于損傷造成的材料強(qiáng)度降低及正交各向異性，分析材料強(qiáng)度、微裂紋密度與荷載循環(huán)次數(shù)之間的關(guān)系，本項(xiàng)研究成果對(duì)于發(fā)展損傷力學(xué)理論、深入認(rèn)識(shí)瀝青路面的損傷、開(kāi)裂及破壞過(guò)程具有較大的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。 2100433B

水動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)理論 　水動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)理論包括力學(xué)過(guò)程的模擬、實(shí)驗(yàn)方案的優(yōu)化、測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理等問(wèn)題。以下只論述第一個(gè)問(wèn)題。力學(xué)過(guò)程的模擬理論（又稱模型理論）是模型實(shí)驗(yàn)的理論依據(jù)。模型實(shí)驗(yàn)的正確提法，模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果轉(zhuǎn)用到原型上去，都是以量綱分析和相似律為基礎(chǔ)的。

水動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)主要涉及慣性力（見(jiàn)達(dá)朗伯原理)、重力和粘性力。假定所考慮的問(wèn)題可用特征長(zhǎng)度L、特征速度U、流體密度ρ、重力加速度g和流體的動(dòng)力粘性系數(shù)μ來(lái)表征， 則上述三種力的數(shù)量級(jí)就分別為

根據(jù)量綱分析，在具有獨(dú)立量綱的物理參量的數(shù)目為5的情況下，可組成兩個(gè)獨(dú)立的無(wú)量綱參數(shù)。在以上所考慮的問(wèn)題中，兩個(gè)獨(dú)立的無(wú)量綱參數(shù)是弗勞德數(shù)和雷諾數(shù)（其前者代表慣性力同重力量級(jí)之比，后者代表慣性力同粘性力量級(jí)之比。根據(jù)相似理論，若兩個(gè)流動(dòng)是相似的，則兩者的所有無(wú)量綱參數(shù)的值對(duì)應(yīng)相等。反之，若兩個(gè)流動(dòng)中的所有無(wú)量綱參數(shù)值，包括邊界幾何參數(shù)的比值，都對(duì)應(yīng)相等，則此兩個(gè)流動(dòng)是相似的。在只考慮慣性力、重力和粘性力的具有幾何相似邊界的兩個(gè)流動(dòng)中，若一個(gè)流動(dòng)的弗勞德數(shù)和雷諾數(shù)分別等于另一個(gè)流動(dòng)的弗勞德數(shù)和雷諾數(shù)，且兩個(gè)流動(dòng)都是定常的（對(duì)于非定常流動(dòng)，則要考慮另一個(gè)代表非定常特性的無(wú)量綱參數(shù)，如斯特勞哈爾數(shù)，它在流動(dòng)中的值也應(yīng)相等)，則其他各無(wú)量綱參數(shù)，如壓力系

在水動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)中，除了考慮上述三個(gè)主要力以外，有時(shí)還要考慮其他參量，例如表面張力和聲速。在液體和氣體（或固體）的交界面上有表面張力作用在液體上。表面張力作用在液面上的壓力為：

式中γ為表面張力（0～30℃范圍內(nèi)水和空氣交界的自由面上的γ值從0.076牛頓/米到0.071牛頓/米）；

為了減小表面張力不相似的影響，水動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ涂s比不能過(guò)小。

水動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)中另一個(gè)相似數(shù)馬赫數(shù)是反映流體的彈性或可壓縮性的無(wú)量綱參數(shù)，定義為：Ma=v/c，式中v為流動(dòng)速度；c為流體中的聲速。水中聲速約為1500米/秒，水動(dòng)力學(xué)中經(jīng)常遇到的流速比此值小很多，因此，水動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)大多是不考慮馬赫數(shù)的。

當(dāng)流速比較高或壓力比較低以致流場(chǎng)中有氣泡存在時(shí)（如入水、出水時(shí)），水動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)中還要引進(jìn)代表空泡內(nèi)外壓力差（p-pc)的無(wú)量綱數(shù)，即空化數(shù)：

式中p為流場(chǎng)內(nèi)的特征壓強(qiáng)；

《結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別及數(shù)值模擬》是唐小兵著的論文。

副題名

外文題名

Structural damage identification and numerical simulation

論文作者

唐小兵著

導(dǎo)師

陳定方,沈成武指導(dǎo)

學(xué)科專業(yè)

機(jī)械設(shè)計(jì)與理論

學(xué)位級(jí)別

d 2004n

學(xué)位授予單位

武漢理工大學(xué)

學(xué)位授予時(shí)間

2004

關(guān)鍵詞

損傷力學(xué) 結(jié)構(gòu)損傷 損傷識(shí)別

館藏號(hào)

O346

唯一標(biāo)識(shí)符

108.ndlc.2.1100009031010001/T3F24.002883099

館藏目錄

2005\O346\3 2100433B

對(duì)聚變用第一壁材料中子輻照引發(fā)的缺陷微觀結(jié)構(gòu)演化進(jìn)行第一性原理結(jié)合分子動(dòng)力學(xué)模擬計(jì)算研究。對(duì)輻照作用下可遷移空位團(tuán)/間隙原子團(tuán)的準(zhǔn)平衡態(tài)演化過(guò)程機(jī)理以及W合金與缺陷相互作用等進(jìn)行研究。主要包括： 輻照作用下材料離位損傷產(chǎn)生演化過(guò)程動(dòng)力學(xué)計(jì)算。應(yīng)用分子動(dòng)力學(xué)結(jié)合第一性原理計(jì)算方法模擬輻照作用下體心立方W中產(chǎn)生的晶體點(diǎn)缺陷產(chǎn)生形成過(guò)程，離位閾能的計(jì)算、間隙原子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的系統(tǒng)討論。對(duì)與<111>間隙構(gòu)型非常接近的<11h>構(gòu)型存在性作出物理機(jī)理解釋。高溫退火過(guò)程中點(diǎn)缺陷的復(fù)合、擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)研究。包括對(duì)Frenkel缺陷對(duì)的形成和遷移復(fù)合計(jì)算，復(fù)合區(qū)域及擴(kuò)散系數(shù)的溫度效應(yīng)，為點(diǎn)缺陷復(fù)合機(jī)制完成前期基礎(chǔ)。發(fā)現(xiàn)111型間隙原子與空位的復(fù)合區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)空間橢球，且該橢球半徑隨反應(yīng)溫度升高而增加。 計(jì)算鎢拉伸彈性形變、塑性形變、強(qiáng)化形變和斷裂等四個(gè)階段。得到楊氏模量、屈服應(yīng)變和屈服應(yīng)力。塑性形變時(shí)生成的FCC和HCP結(jié)構(gòu)的能量高于BCC結(jié)構(gòu)，并使系統(tǒng)保持較低的應(yīng)力水平。在塑性形變后期，長(zhǎng)程有序周期結(jié)構(gòu)孿生帶的生長(zhǎng)，使系統(tǒng)應(yīng)力呈周期性振蕩變化。在強(qiáng)化相持形變階段，鑲嵌在孿生帶HCP結(jié)構(gòu)中的其它無(wú)序結(jié)構(gòu)在應(yīng)力作用下生長(zhǎng)，產(chǎn)生孔洞產(chǎn)生并吸收能量，使系統(tǒng)晶格斷裂。 W基合金元素對(duì)空位缺陷遷移影響研究?？疾楹辖鹪貙?duì)空位、間隙的作用機(jī)制。發(fā)現(xiàn)合金元素對(duì)空位的遷移均表現(xiàn)為較有利的作用，其中Zr合金元素對(duì)空位的影響較為明顯，遷移閾能僅為0.859eV。通過(guò)有效體積的方式解釋空位遷閾能，且發(fā)現(xiàn)Ta的濃度增加對(duì)空位表現(xiàn)更為有利的作用。W合金中間隙結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。通過(guò)啞鈴對(duì)形成能發(fā)現(xiàn)，Re、Zr作為間隙原子時(shí)具有<110>啞鈴對(duì)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，而Ta、Hf、Mo、Nb作為間隙結(jié)構(gòu)時(shí)<111>啞鈴對(duì)具有更加穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。Re更加有助于自間隙結(jié)構(gòu)遷移，Hf有助于Hf-W啞鈴對(duì)遷移。 結(jié)論為探索輻照缺陷產(chǎn)生機(jī)理、提高W基合金抗輻照性能提供理論基礎(chǔ)，為未來(lái)我國(guó)聚變材料設(shè)計(jì)及性能評(píng)價(jià)指標(biāo)做出參考。 2100433B