沖擊載荷下疲勞損傷力學(xué)及鍛錘基礎(chǔ)的疲勞損傷分析.pdf

1、疲勞失效是發(fā)生在工程領(lǐng)域中的一類十分普遍的物理現(xiàn)象，用連續(xù)損傷力學(xué)理論研究巖土工程結(jié)構(gòu)的沖擊疲勞損傷過程不論對損傷力學(xué)研究發(fā)展還是巖土工程理論進(jìn)步都有重要創(chuàng)新意義。由于土具有結(jié)構(gòu)性，所以國內(nèi)外有很多學(xué)者在土的本構(gòu)模型中都引入了“損傷”的概念。但是，在循環(huán)載荷作用下，將土的破壞視為疲勞損傷破壞的文章尚不多見。 本文根據(jù)鍛錘基礎(chǔ)及其地基土所承受的重復(fù)沖擊載荷的特性，將連續(xù)損傷力學(xué)理論應(yīng)用于鍛錘基礎(chǔ)系統(tǒng)的疲勞損傷研究，對連續(xù)損傷力學(xué)理

2、論提出了“沖擊疲勞損傷的觀念”，給出了“單次沖擊載荷造成的微損傷累積與多次循環(huán)重復(fù)的沖擊載荷作用導(dǎo)致的宏觀損傷演變相耦合并用臨界疲勞損傷條件確定沖擊疲勞失效壽命的沖擊疲勞損傷理論研究模式”。并以此對鍛錘基礎(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行了沖擊疲勞損傷分析。主要成果內(nèi)容如下： 1、在熱力學(xué)框架下，應(yīng)用連續(xù)介質(zhì)力學(xué)損傷理論，將損傷應(yīng)變能釋放率與趙錫宏教授建議的損傷能量指標(biāo)丁相結(jié)合，構(gòu)造出了基于修正劍橋模型的彈塑性損傷總耗散勢，同時也推導(dǎo)了在應(yīng)變空間和應(yīng)力

3、空間的彈塑性損傷本構(gòu)方程及損傷演變方程。 2、本文在前人實驗數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上將M.van Eekelen對循環(huán)載荷作用下定義的土介質(zhì)的狀態(tài)記憶參數(shù)，發(fā)展定義為“疲勞參數(shù)”Ｋ，提出了“疲勞損傷劣化”的概念，推導(dǎo)了不同型式的疲勞損傷演變方程及疲勞損傷的壽命方程。定義了能直接代表土抗疲勞性能的“土介質(zhì)抗疲勞特性參數(shù)Ｋ”，對比分析了幾種典型土的疲勞損傷的劣化特性和疲勞劣化本構(gòu)理論模型。分析討論了疲勞參數(shù)等多種因素對土疲勞劣化的機(jī)理和對土疲勞損

4、傷壽命的影響。指出了土體的剪切循環(huán)疲勞損傷壽命隨介質(zhì)的抗疲勞特性參數(shù)呈指數(shù)增長模式。且對凍土在循環(huán)載荷下的疲勞損傷特性作了初步的模型分析與研究。 3、將沖擊疲勞損傷理論研究模式應(yīng)用于鍛錘基礎(chǔ)的雙自由度動力分析模型和地基土的兩維動力損傷有限元模型，提出了一種研究長期重復(fù)沖擊載荷引起鍛錘基礎(chǔ)系統(tǒng)疲勞損傷增長和沖擊疲勞損傷壽命估計的方法。該方法通過定義，引入鍛錘基礎(chǔ)系統(tǒng)中減振器與基礎(chǔ)塊的損傷狀態(tài)壽命因子，分別估計出鍛錘基礎(chǔ)系統(tǒng)的減振器

5、和基礎(chǔ)塊的沖擊疲勞損傷壽命上、下限。 通過分析發(fā)現(xiàn)，長期的重復(fù)沖擊載荷會引起鍛錘基礎(chǔ)系統(tǒng)發(fā)生疲勞微損傷累積，累積的疲勞微損傷導(dǎo)致宏觀損傷的疲勞演變，又引起鍛錘基礎(chǔ)的動力響應(yīng)隨宏觀損傷發(fā)展而增大，動力響應(yīng)的增大又加劇基礎(chǔ)系統(tǒng)的損傷發(fā)展。 4、編制了在沖擊載荷作用下三維各向異性動力損傷過程的有限元數(shù)值計算模擬程序，對鍛錘基礎(chǔ)系統(tǒng)在長期重復(fù)沖擊載荷下的沖擊疲勞損傷過程分別進(jìn)行了兩維和三維的疲勞損傷試驗數(shù)值模擬。分別得到了鍛錘基