弯曲时空中试验粒子的动力学研究

金属疲劳试验方法

铝合金疲劳实验 李慕姚 1351626 一﹑实验目的 1. 观察疲劳失效现象和断口特征。 2. 了解测定材料疲劳极限的方法。 二、实验设备 1. 疲劳试验机。 2. 游标卡尺。 三﹑实验原理及方法 在交变应力的应力循环中，最小应力和最大应力的比值 r=m ax m in σσ （2-16） 称为循环特征或应力比。在既定的r 下，若试样的最大应力为σ 1m ax ，经历N 1次循环后，发生疲劳失效，则N 1称为最大应力为σ1 m ax 时的疲劳寿命（简称寿 命）。实验表明，在同一循环特征下，最大应力越大，则寿命越短；随着最大应力的降低，寿命迅速增加。表示最大应力σmax 与寿命N 的关系曲线称为应力-寿命曲线或S-N 曲线。碳钢的S-N 曲线如图2－31所示。从图线看出，当应力降到某一极限值σr 时，S-N 曲线趋近于水平线。即应力不超过σr 时，寿命N 可无限增大。称为疲劳极限或持久极限。下标r 表示循环特征。 实验表明，黑色金属试样如经历107次循环仍未失效，则再增加循环次数一般也不会失效。故可把107次循环下仍未失效的最大应力作为持久极限σr 。而把N 0=107称为循环基数。有色金属的S-N 曲线在N>5×108时往往仍未趋于水平,通常规定一个循环基数N 0,例如取N 0=108,把它对应的最大应力作为“条件”持久极限。

图２-31 疲劳试验曲线图 工程问题中，有时根据零件寿命的要求，在规定的某一循环次数下，测出σmax ，并称之为疲劳强度。它有别于上面定义的疲劳极限。 用旋转弯曲疲劳实验来测定对称循环的疲劳极限σ-1.设备简单最常使用。各类旋转弯曲疲劳试验机大同小异，图2-32为这类试验机的原理示意图。试样1的两端装入左右两个心轴2后，旋紧左右两根螺杆3。使试样与两个心轴组成一个承受弯曲的“整体梁”上，它支承于两端的滚珠轴承4上。载荷P 通过加力架作用于“梁”上，其受力简图及弯矩图如图2-33所示。梁的中段（试样） 为纯弯曲，且弯矩为M=21 P ɑ。“梁”由高速电机6带动，在套筒7中高速旋转，于是试样横截面上任一点的弯曲正应力，皆为对称循环交变应力，若试样的最小直径为d min ，最小截面边缘上一点的最大和最小应力为 max σ＝I Md 2min ， min σ＝-I Md 2min (2-17) 式中I=64π d 4 m in 。试样每旋转一周，应力就完成一个循环。试样断裂后，套筒压迫停止开关使试验机自动停机。这时的循环次数可由计数器8中读出。 四﹑实验步骤 （1）测量试样最小直径d min ； （2）计算或查出K 值；

岩石力学研究进展报告

岩石力学研究新进展报告 姓名：XXX 学号：XXXXXXXX 专业：岩土工程

岩石力学研究新进展报告 1 引言 时光如白驹过隙，一学期的《XXXXX》课程在不知不觉间结课了。这一学期的学习，使我在岩石力学方面有了很大的启发，特别是分形理论在岩石力学中的应用令我神往。下面我对岩石力学研究的新进展做简要报告。 岩石力学可以作为固体力学的一个新分支，用以研究岩石材料的力学性能和岩石工程的特殊设计方法。岩石力学经过近50年的发展，在土木工程、水利工程、采矿工程、石油工程、国防工程等领域都得到了广泛的应用，随着科学技术的进步，岩石力学涉及的领域会进一步扩大。岩石力学是一门内涵深，工程实践性强的发展中学科。岩石力学面对的是“数据有限”的问题，输入给模型的基本参数很难确定，而且没有多少对过程（特别是非线性工程）的演化提供信息的测试手段。另一方面，对岩体的破坏机体还不能准确的解释。岩石力学所涉及的力学问题是多场（应力场、温度场、渗流场、甚至还存在电磁场等)、多相（固、液、气）影响下的地质构造和工程构造相互作用的耦合问题。这就表明，工程岩体的变形破坏特征是极为复杂的，其大多数是高度非线性的。目前，岩石力学的许多数学模型是不准确和不完整的，可以广泛接受和适用的概化模型并不多。基于此，近年来，多种数值方法、细观力学、断裂与损伤力学、系统科学、分形理论、块体理论等在岩石力学中的应用以及各种人工智能、神经网络、遗传算法、进化算法、非确定性数学等域岩石力学的交叉学科的兴起，为我们提供了全新和有效的思维方式和研究方法，更能激发研究者的创新精神，这也为突破岩石力学的确定性研究方法提供了强有力的理论基础[1]。 本报告主要对分形岩石力学、块体岩石力学、断裂与损伤岩石力学和岩石细观力学四部分的研究新进展做简要报告。由于时间和精力有限（最近导师安排的任务非常多，而且要准备英语和政治期末考试），每部分内容除第一大段的研究新进展综述外，只对近几年的三篇比较好的文献做分析说明，包括两篇中文学术论文和一篇外文学术论文，这12篇学术论文我都比较仔细的看了。以后若有机会和时间，我会在导师和各位老师同学的不吝赐教下，努力做岩石力学的创新性研究，届时会在文献综述部分查阅和介绍更多最新以及更优秀的文献。 2 分形岩石力学 从古至今，岩石已成为人们熟知的工程材料，它是由矿物晶粒、胶结物质和大量各种不同阶次、不规则分布的裂隙、薄弱夹层等缺陷构成，是一种成分和结构高度复杂的孔隙体。岩石力学经过近50年的发展，人们尝试用各种数学力学方法研究和描述岩石复杂的自然结构性状和物理力学性质，提出了多种岩石力学分析和计算方法，为解决实际工程中的岩石力学问题创造了条件。19世纪70年代Mandelbrot创立分形几何学，提出了一种定量研究和描述自然界中极不规则且看似无序的复杂结构、现象或行为的新方法，从此分形几何学广泛地应用于自然科学研究的各个领域，并且在经济学等社会科学也有很巧妙的应用。19世纪80年代，分形几何学开始应用于岩石力学研究，开始形成分形岩石力学这一门新兴交叉学科。人们逐渐发现岩石力学领域中的分形现象相当普遍，不仅岩石的自然结构性状、缺陷几何形态、分布以及地质结构产状、断层几何形态、分布都观察到分形特征或分形结构，而且岩石体强度、变形、破断力学行为以及能量耗

岩石点荷载试验方法的研究

岩石点荷载试验方法的研究 摘要：在岩土工程勘察过程中，岩石强度由岩石单轴抗压强度试验得出，在实际工作中，岩石样品的完整程度对试验结果影响很大，特别是对一些较破碎的岩体来说，很难取到完整岩样，可以通过点荷载试验测得岩石强度指标，进而换算成岩石单轴抗压强度，对岩基进行评价。 关键词：岩石强度；点荷载试验；单轴抗压强度 一、前言 目前随着城市建设的大力发展，高层建筑在城市建设中如雨后春笋，飞速建成。就镇江地区的工程地质条件而言，高层建筑多以基岩中风化层、微风化层局部以基岩强风化层为桩尖持力层，这就要求岩土工程详细勘察对基岩的工作做的更加详细，需要提供基岩天然或饱和单轴抗压强度值。岩石天然或饱和单轴抗压强度试验对岩石样品的要求较高，但在实际工作中，完整程度较高的岩石样品较难取得，特别是对一些较破碎的岩体来说，很难取到完整岩样，满足不了单轴抗压强度试验要求，而通过点荷载试验对所得的岩石强度指标转，换算成岩石单轴抗压强度。 点荷载试验方法对试验试件的规格要求不高，仪器轻便，易于携带，可现场测定岩块的抗压强度，在工程中得到了广泛应用。本文通过对点荷载试验方法的研究，对比常用的岩石单轴抗压试验结果，确定点荷载试验得出岩石强度与岩石单轴抗压试验结果基本吻合，可作为工程数据应用。 二、点荷载试验方法 点荷载试验方法的特点是岩石试件可以是规则的方形岩块、不规则岩块或是岩芯。对岩芯岩石试件既可以测定轴向又可以测定径向，对于岩块既可以测定顺岩层方向又可以测定垂直于岩层方向的岩石点荷载强度。 在岩石点荷载试验中，为使岩石试件有良好的受力和传力条件，当采用岩心试件作径向试验时，要求： 1.岩芯试件的长度与直径之比不小于1；作轴向试验时，加荷两点间的距离与直径之比为0.3-1.0； 2.当采用方块体或不规则岩块试件作试验时，加荷两点间的距离宜为30-50mm；加荷两点间距与加荷处平均宽度之比宜为0.3-1.0；试件长度不小于两加荷点间距。 点荷载试验虽然不必对岩石试件进行专门加工，不是统一的形状和同一的标准尺寸，但实践证明，即使在同一种岩石中，由于尺寸不同，试验成果差异较大，尺寸效应显著。为了消除尺寸效应的影响，使不同尺寸的试验资料具有可比性，

岩石力学研究的现状和未来

岩石力学研究的现状和未来 引言 岩石力学是运用力学原理和方法来研究岩石的力学以及与力学有关现象的 一门新兴科学。它不仅与国民经济基础建设、资源开发、环境保护、减灾防灾有密切联系，具有重要的实用价值，而且也是力学和地学相结合的一个基础学科。 岩石力学的发生与发展与其它学科一样，是与人类的生产活动紧密相关的。早在远古时代，我们的祖先就在洞穴中繁衍生息，并利用岩石做工具和武器，出现过“石器时代”。公元前2700年左右，古代埃及的劳动人民修建了金字塔。公元前6世纪，巴比伦人在山区修建了“空中花园”。公元前613-591年我国人民在安徽淠河上修建了历第一座拦河坝。公元前256-251年，在四川岷江修建了都江堰水利工程。公元前254年左右（秦昭王时代）开始出钻探技术。公元前218年在广西开凿了沟通长江和珠江水系的灵渠，筑有砌石分水堰。公元前221-206年在北部山区修建了万里长城。在20世纪初，我国杰出的工程师詹天佑先生主持建成了北京-张家口铁路上一座长约1公里的八达岭隧道。在修建这些工程的过程中，不可避免地要运用一些岩石力学方面的基本知识。但是，作为一门学科，岩石力学研究是从20世纪50年代前后才开始的。当时世界各国正处于第二次世界大战以后的经济恢复时期，大规模的基本建设，有力地促进了岩石力学的研究与实践。岩石力学逐渐作为一门独立的学科出现在世界上，并日益受到重视。

目前国际上已建和正建的大坝，高度超过300m，地下洞室的开挖跨度超过50m，矿山开采深度超过4000m，边坡垂直高度达1000m，石油开采深度超过9000m，深部核废料处理需要考虑的时间效应至少为1万年，研究地壳形变涉及的深度达50-60km，温度在1000oC以上，时间效应为几百万年。今后，随着能源、交通、环保、国防等事业的发展，更为复杂、巨大的岩石工程将日益增多。但是，国际上有许多工程由于对岩石力学缺乏足够的研究，而造成工程事故。其中最的是法国马尔帕塞（Malpasset）拱坝垮坝及意大利瓦依昂（Vajont）工程的大滑坡。 马尔帕塞薄拱坝，坝高60m，坝基为片麻岩，XXXX年左坝肩沿一个倾斜的软弱面滑动，造成溃坝惨剧，400余人丧生。瓦依昂双曲拱坝，坝高261.6米，坝基为断裂十分发育的灰岩。XXXX年大坝上游左岸山体发生大滑坡，约有2.7-3.0亿立米的岩体突然下塌，水库中有5000万立米的水被挤出，击起250米高的巨大水浪，高150米的洪波溢过坝顶，死亡3000余人。近年来，虽然岩石力学得到突飞猛进的发展，但与岩体失稳有关的大坝崩溃，边坡滑动，矿山瓦斯爆炸，围岩地下水灾害等惨剧仍时有发生。诸如此类的工程实例，都充分说明能否安全经济地进行工程建设，在很大程度上取决于人们是否能够运用近代岩石力学的原理和方法去解决工程上的问题。当前世界上正建和拟建的一些巨型工程及与地学有关的重大项目都把岩石力学作为主要研究对象。第一节国际岩石力学与岩石工程发展动态一、国际岩石力学学会成立前（XXXX）的概况 在国际岩石力学学会成立前，尤其是上世纪二战以后，为适应经济发展的迫切需要，各国都相继建立了一些机构对岩石力学进行专题研究。当时各国有代表性的研究机构如下：美国：（1）美国军部工程兵团(ACE,ArmyCorpsofEngineersU.S.A).

金属疲劳试验

金属疲劳试验主讲教师:

一、实验目的 1. 了解疲劳试验的基本原理。 2. 掌握疲劳极限、S-N曲线的测试方 法。

二、实验原理 1．疲劳抗力指标的意义 目前评定金属材料疲劳性能的基本方法就是通过试验测定其S-N曲线(疲劳曲线)，即建立 最大应力σ max 或应力振幅σ α 与其相应的断裂 循环周次N之间的关系曲线。不同金属材料的S-N曲线形状是不同的，大致可以分为两类，如图1所示。其中一类曲线从某应力水平以下开始出现明显的水平部分，如图1(a)所示。这表明当所加交变应力降低到这个水平数值时，试样可承受无限次应力循环而不断裂。

这表明当所加交变应力降低到这个水平数值时，试样可承受无限次应力循环而不断裂。因此将水平部分所对应的应力称之为金属的疲劳极限，用符号σ R 表示(R为最小应力与最大应力之比，称为应力比)。若试验在对称循环应力(即R=-1)下进行，则其疲劳 极限以σ -1表示。中低强度结构钢、铸铁等材料的S- N曲线属于这一类。对这一类材料在测试其疲劳极限时，不可能做到无限次应力循环，而试验表明，这类材料在交变应力作用下，如果应力循环达到107周次不断裂，则表明它可承受无限次应力循环也不会断裂，所以对这类材料常用107周次作为测定疲劳极限的基数。另一类疲劳曲线没有水平部分，其特点是随应力降低，循环周次N不断增大，但不存在无限寿命。如图1(b)所示。在这种情况下，常根据实际需要定出一定循环周次(108或5×107…)下所对应的应力作为金属材料的“条件疲劳极限”，用符号σ R(N) 表示。

2．S-N 曲线的测定 (1) 条件疲劳极限的测定 测试条件疲劳极限采用升降法，试件取13根以上。每级应力增量取预计疲劳极限的5％以内。第一根试件的试验应力水平略高于预计疲劳极限。根据上根试件的试验结果，是失效还是通过（即达到循环基数不破坏）来决定下根试件应力增量是减还是增，失效则减，通过则增。直到全部试件做完。第一次出现相反结果（失效和通过，或通过和失效）以前的试验数据，如在以后试验数据波动范围之外，则予以舍弃；否则，作为有效数据，连同其他数据加以利用，按下列公式计算疲劳极限： ()11n R N i i i v m σσ==∑ 1

耗散粒子动力学的简单介绍和应用前景.

耗散粒子动力学的简单介绍和应用前景 mg0424112 徐源 一．耗散粒子动力学的发展 耗散粒子动力学（dissipative particle dynamics）是一种新欣的计算机模拟和描述流体的方法，是对分子动力学（MD）和LGA 模拟的继承和发展。分子动力学描述的精度较高，但是计算的代价较高，到目前为止，只能用来成功地处理一些简单的流体。另外，分子动力学应用条件比较苛刻，只能处理两维问题。 LGA （lattice-gas automata）是1986 年Frisch, Hasslacher, Pomeau,Wolfram 提出的描述流体行为的模拟方法，随后Rothman 和Keller 发展这个方法，使它能描绘不能互融的流体行为。但是LGA模拟有一个不足：模拟中，LGA引入一个重要的概念：格子(lattice), 格子的存在导致伽利略不变性的消失，因此，在描述压缩流体和多相流体时，误差较大。 耗散粒子动力学，集合了以上两种方法的优点：排除了虚拟格子的概念，从而避免了LGA方法的精度的麻烦，另一方面，保留了分离时间步骤的概念，简化了模型，加快了计算的过程。更重要的是，与前面两者相比较，耗散粒子动力学更容易和精确的模拟了三维状态下流体的行为，因此，具有更重要的意义。 在耗散粒子动力学中，基本颗粒是“格子”，它表示流体材料的一个小区域，相当于MD模拟中我们所熟悉的原子和分子。假设所有小于一个格子半径的自由度被调整出去只保留格子间粗粒状的相互作用。在格子之间存在三种力，使得每个格子对保持格子数和线性动量都守恒：简谐守恒相互作用（保守力），表示运动的格子之间的粘滞阻力（耗散力）和为保持不扩散对系统的能量输入（随机力）。所有这些力都是短程力并具有一个固定的截止半径。通过选择适当这些力的大小，可得到一个相应于gibbs-cano系统的稳定态。对于格子运动方程积分可以产生一条通过系统相空间轨迹线，由它可以计算得到所有的热力学可观测量（如密度场，序参量，相关函数，拉伸张量等）。

试验六疲劳试验示范

实验六疲劳试验（示范） 一、实验目的 1、了解测定材料疲劳极限的方法。 2、观察疲劳破坏的现象。 二、实验设备 疲劳试验机有各种类型，用来在不同受力形式下和不同条件下进行试验。常用的是旋转弯曲疲劳试验机，有纯弯曲和悬臂弯曲两种型式。本试验采用纯弯曲式疲劳试验机，其构造示意图如图26（A）所示。试件4的两端被夹紧在两个空心轴1中，两空心轴与试件构成一个整体杆，支持于两个滚珠轴承3上。电动机5通过软轴6使这个整体杆转动。横杆8挂在滚珠轴承2上，处于静止状态。在横杆中央的砝码盘上放置砝码9，使试样中段受纯弯曲（图26—B），最大弯曲正应力为 （A）纯弯曲疲劳试验机示意图（B）试件弯矩图 图26 纯弯曲式疲劳试验机 三、试件 本实验需用一组8～13根材料和尺寸均相同的光滑小试件，直径为d=6～lOmm，表而须磨光，无锈蚀或伤痕，圆角处要光滑过度。 四、实验原理 疲劳破坏与静力破坏有本质的不同。当交变应力小于材料的静强度极限σb时，材料就可产生疲劳裂纹或完全断裂。即使是塑性材料，断裂时也无显著的塑性变形。在疲劳破坏的断口上，一般呈现两个区域，即光滑区和粗粒状区。

材料断裂前所经历的循环次数称为疲劳寿命N，试件所受应力愈小，则疲劳寿命愈长。对钢和铸铁等黑色金属，如果在某一交变应力下经受107次循环仍不破坏，则实际上可以承受无限次循环而不会发生破坏。所以，对这些金属以试件能承107循环所对应的最大应力σ值作为疲劳极限σ-1。 maX 五、实验步骤 1、试件准备 取8~13根试件，检查试件表面加工质量，如有锈蚀或擦伤，用细砂纸或砂布沿试件 轴向抛光加以消除。测量试件的直径。 2、装夹试件 安装试件时必须很仔细，避免灰尘和杂质进入空心轴的锥孔中。将试件牢固夹紧，使试件与试验机的转轴保持良好的同心度。试件安装好后用手慢慢旋转试验机的转轴，用百分表在试件上测得的径向跳动量应不大于0.03mm。然后空载运转，试件的径向跳动量应不大于0.06mm。 3、进行试验 第一根试件的交变应力的最大值约取材料强度极限的60％，即σlmax=0.6而砝码重量 P1二0.6σbπd3/16a。加载前，先开动试验机，再无冲击地将砝码加到P1值，并记录计数器的初读数。试件经历一定次数的循环后，即断裂，自动停机，记下计数器的末读数，两者相减即为试件的疲劳寿命N1。 对第二根试件以同样的过程进行试验，但载荷要比第一根试件略低，记下试件断裂时的循环次数N2。以后逐级降低每根试件的最大应力，开始两相邻载荷的差值可大些，随着载荷逐级降低，其差值越来越小。记下各根试什的循环数Ni，直至试件超过指定的107次循环而未发生破坏时，终止试验。 4、绘制S—N曲线 以σlmax为纵坐标，以lgN为横坐标，根据各次测得的数据在方格纸上描点，即可绘出最大应力与疲劳寿命的关系曲线(S—N曲线)如图27所示。此曲线最后趋于水平，其水平渐近线的纵坐标σ-1，就是材料的疲劳极限。

北京科技大学考研岩石力学答案`

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持. 名词解释 1．岩石饱水系数（kw）：指岩石吸水率与饱水率的比值。 2．岩石吸水率：岩石在常温下吸入水的质量与其烘干质量的百分比。3．岩石饱和吸水率：岩石在强制状态（高压或真空、煮沸）下，岩石吸入 水的质量与岩样烘干质量的比值。 4．岩石的天然含水率（W）：天然状态下，岩石中水的质量Mw与岩石烘 干质量Mrd的比值。 5．岩石的流变性：岩石的应力—应变关系与时间因素有关的性质，包括蠕 变、松弛和弹性后效。 6．岩石的蠕变：当应力不变时，变形随时间增加而增长的现象。 7．岩石的松弛：当应力不变时，变形随时间增加而减小的现象。 8．弹性后效：加载或卸载时，弹性应变滞后于应力的现象。 9．岩石的各项异性：岩石的全部或部分物理力学性质随方向不同而表现出 差异的现象 10．岩石的粘性：物体受力后变形不能在瞬间完成，且应变速率随应力增 加而增加的性质 11．弹性：物体在受外力作用的瞬间即产生全部变形，而去除外力（卸载）后又能立即恢复其原有形状和尺寸的性质。 12．塑性：物体在受力后变形，在外力去除（卸载）后变形不能完全恢复的性质。 13．岩石的扩容：岩石在压力作用下，产生非弹性体积变形，当外力增加 到一定程度，随压力增大岩石体积不是减小，而是大幅增 加，且增长速率越来越大，最终导致试件破坏。这种体积 明显扩大的现象称为扩容。 14．岩石的长期强度：在岩石承受荷载低于其瞬时强度的情况下，如持续 作用较长时间，由于流变作用岩石也可能发生破坏， 因此岩石的强度是随外载作用时间的延长而降低。 通常把作用时间趋于无穷大的强度（最低值）称 为岩石的长期强度。 15．岩石的质量系数（RQD）：钻探时长度在10cm（含10cm）以上的岩芯 累积长度占钻孔总长的百分比。 16．岩石的抗冻系数（cf）：经冻融实验后，岩样抗压强度的下降值与冻融 前的抗压强度的比值 17．岩石的裂隙度（K）：指沿取样线方向单位长度上的节理数量。18．岩石的软化系数（）：饱水岩样的抗压强度与自然风干岩样的抗压强 度之比。 19．岩石的泊松比（）：岩石的横向应变与纵向应变的比值称为泊松 比 20．龟裂系数（完整性系数）：弹性纵波在岩体中的传播速度与在岩石中的 传播速度之比的平方。 21．等应力轴比：使巷道周边应力的均匀分布时的椭圆长短轴之比。22．零应力轴比：巷道设计时，不出现拉应力的椭圆长短轴之比。23．地应力：存在于地层中的未受工程扰动的天然应力。（原岩应力）24．次生应力：岩体开挖扰动后，应力重新分布而产生的地压。 25．变形地压：由于岩体变形，应力重新分布而产生的地压。 26．膨胀地压：粘性吸水矿物吸水后产生膨胀而对支架产生的力。27．边坡崩塌：边坡表层岩体突然脱离母体，迅速下落且堆积子坡脚下，伴随岩石的翻滚和破碎。 28．边坡稳定系数（F）：沿最危险破坏面作用的最大抗滑力（或力矩）与 下滑力（或力矩）的比值。 即F=抗滑力/下滑力 29．岩石的边坡倾倒：有一组倾角很陡的结构面，将岩体切割成许多相互 平行的块体，而临近坡面的陡立块体缓慢地向坡外弯 曲和倒塌。 30．岩爆：岩石破坏后尚剩余一部分能量，这部分能量突然释放就会产生v 岩爆（冲击地压） 问答题 1.单轴压缩条件下岩石的全应力—应变曲线可将岩石的变形分成哪四个阶 段？各阶段的特征是什么？ 答：可分成孔隙裂隙压密阶段（OA段）

岩石力学的研究方法

岩石力学的研究内容 水利水电建设 1、坝基及坝肩稳定性，防渗加固理论和技术； 2、有压和无压引水隧道设计、施工及加固理论技术； 3、大跨度高边墙地下厂房的围岩稳定及加固技术； 4、高速水流冲刷的岩石力学问题； 5、水库诱发地震的预报问题； 6、库岸稳定及加固方法 采矿工程 1、露天采矿边坡设计及稳定加固技术； 2、井下开采中巷道和采场围岩稳定性问题； 3、矿柱稳定性及采场结构优化设计问题； 4、软岩巷道和深部开采技术问题； 5、矿井突水预测、预报及预处理理论和技术； 6、煤与瓦斯突出预测及处理理论和技术； 7、岩爆、岩爆预报及预处理理论和技术； 8、采空区处理及地面沉降问题； 9、岩石破碎问题 铁道建设工程 1、线路边坡稳定性分析； 2、隧道设计和施工技术； 3、隧道施工中的地质超前预报及处理； 4、高地应力的岩爆理论及处理； 5、隧道人口施工技术及洞脸边坡角确定和加固措施 其他研究领域 1、核电站建设中核废料处理技术 2、石油开采中井损防治及采空区地面变形问题 3、山城及高层建筑的地基问题 4、地层热能资源开发技术问题 5、地震预报中的岩石力学问题 岩石力学发展展望 从事物的必然性出发，根据试验建立模型，处理本构关系，在特定的有限的条件下求解----正向思维 将岩体也视为一个不确定系统，用系统思维、反馈思维、全方位思维(包括逆向思维、非逻辑思维、发散思维甚至直觉思维)对工程岩体的行为进行研究----逆向思维 理论分析、数值模拟、参数测定---确定性方法 将工程岩体看成为“人地系统”。用“系统”概念来表征“岩体”可使岩体的“复杂性”得到全面科学的表达。岩石或岩石工程系统不仅是因为多因子、多层次组合而具有“复杂性”，而且还在于他们大多具有很强的“不确定性”，即模糊性和随机性---非确定性系统分析方法 土、岩石与岩体的力学性质 弹塑性本构模型理论 地应力及其测量 岩石与土的流变性质 岩土工程数值分析方法

高等岩石力学答案

3、简述锚杆支护作用原理及不同种类锚杆的适用条件。 答：岩层和土体的锚因是一种把锚杆埋入地层进行预加应力的技术。锚杆插入预先钻凿的孔眼并固定于其底端，固定后，通常对其施加预应力。锚杆外露于地面的一端用锚头固定，一种情况是锚头直接附着在结构上，以满足结构的稳定。另一种情况是通过梁板、格构或其他部件将锚头施加的应力传递于更为宽广的岩土体表面。岩土锚固的基本原理就是依靠锚杆周围地层的抗剪强度来传递结构物的拉力或保持地层开挖面自身的稳定。岩土锚固的主要功能是： (1)提供作用于结构物上以承受外荷的抗力，其方问朝着锚杆与岩土体相接触的点。 (2)使被锚固地层产生压应力，或对被通过的地层起加筋作用(非顶应力锚杆)。

(3)加固并增加地层强度，也相应地改善了地层的其他力学性能。 (4)当锚杆通过被锚固结构时．能使结构本身产生预应力。 (5)通过锚杆，使结构与岩石连锁在一起，形成一种共同工作的复合结构，使岩石能更有效地承受拉力和剪力。 锚杆的这些功能是互相补允的。对某一特定的工程而台，也并非每一个功能都发挥作用。 若采用非预应力锚杆，则在岩土体中主要起简单的加筋作用，而且只有当岩土体表层松动变位时，才会发挥其作用。这种锚固方式的效果远不及预应力锚杆。效果最好与应用最广的锚固技术是通过锚固力能使结构与岩层连锁在一起的方法。根据静力分析，可以容易地选择锚固力的大小、方向及其荷载中心。由这些力组成的整个力系作用在结构上，从而能最经济有效地保持结构的稳定。采用这种应用方式的锚固使结构能抵抗转动倾倒、沿底脚的切向位移、沿下卧层临界面上的剪切破坏及由上举力所产生的竖向位移。 岩土的锚杆类型： (1)预应力与非预应力锚杆 对无初始变形的锚杆，要使其发挥全部承载能力则要求锚杆头有较大的位移。为了减少这种位移直至到达结构物所能容许的程度，一般是通过将早期张拉的锚杆固定在结构物、地面厚板或其他构件上，以对锚杆施加预应力，同时也在结构物和地层中产生应力，这就是预应力锚杆。 预应力锚杆除能控制结构物的位移外，还有其它有点： 1安装后能及时提供支护抗力，使岩体处于三轴应力状态。 2控制地层与结构物变形的能力强。 3按一定密度布臵锚杆，施加预应力后能在地层内形成压缩区，有利于地层稳定。 4预加应力后，能明显提高潜在滑移面或岩石软弱结构面的抗剪强度。 5张拉工序能检验锚杆的承载力，质量易保证。 6施工工艺比较复杂。 (2)拉力型与压力型锚杆 显而易见，锚杆受荷后，杆体总是处于受拉状态的。拉力型与压力型锚杆的主要区别是在锚杆受荷后其固定段内的灌浆体分别处于受拉或受压状态。拉力型锚杆的荷载是依赖其固定段杆体与灌浆体接触的界面上的剪应力(粕结应力)由顶端(固定段与自由段交界处)向底端传递的。锚杆工作时，固定段的灌浆体易出现张拉裂缝．防腐件能差。

耗散粒子动力计算方法简介及应用

耗散粒子动力计算方法简介及应用，附有计算机仿真出的相图 1楼大中小发表于2006-11-6 02:10 只看该作者 [转帖]耗散粒子动力计算方法简介及应用，附有计算机仿真出的相图 请注意: 如果想要引用此帖的任何内容，请一定要在文章里加着原作者与发表的期刊刊名以及此帖后面所注明的reference，如有违者必须自行负上有关智慧财产权法的全部责任及法律责任。 作者: 邱佑宗 出处: 工业材料杂志213 期93 年9 月 内容: 前言 传统之分子动力计算(Molecular Dynamics; MD)(1)，长度尺度约在数奈米(Nanometer)至数十奈米左右，而每一时间步骤(Time Step)约在0.5~1 飞秒(Fentosecond)。以现今计算机之计算速度与记忆容量，合理的仿真步数，约在百万(106)至千万(108)，故其所计算问题之模拟时间，约在奈秒(Nanosecond)左右。然而，许多材料制程中个别事件发生所涉及之空间尺度及所需之时间，常不仅止于此。以胶体、悬浮微粒于流体中之运动等现象为例，单一尺寸颗粒即在10 奈米至1 微米之间，故以分子动力计算方法，搭配现今之计算机计算，尚无法仿真类似过程；在另一方面来说，连体力学(Continuum Mechanics)亦不适用于此类问题。故发展介于奈米尺度与微米尺度间之模拟方法，已成为近十年来的热门课题之一。 介观尺度计算方法的相关研究者众(2)，比较常用的有直接模拟蒙地卡罗(Direct Simulation Monte Carlo; DSMC)、平滑粒子水动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics;SPH)、网格波兹曼法(Lattice BoltzmanMethod; LBM)，以及耗散粒子动力学(Dissipative Particle Dynamics; DPD)等。上述方法之源起与适用领域各有所不同，直接模拟蒙地卡罗适于描述稀薄气体(Rare Gas)；平滑粒子水动力学多用于天文学之星系模拟；网格波兹曼法则特别适于计算具复杂边界形状之流体行为。至于耗散粒子动力学，则多被用来模拟流体相分离(Phase Separation)、界面活性剂(Surfactant)等高分子于水中运动等现象。 耗散粒子动力计算(3)为一介观尺度之水动力学计算方法，适合模拟奈米至微米尺度之复杂流体，例如：胶体、悬浮微粒于流体中之运动等现象。此外，耗散粒子动力计算属粗粒化方法(Coarse Grained Method)，其以单一粒子代表一个至数百甚至数千的原子，用以模拟不发生化学反应的复杂流体系统极为合适。本文即简介耗散粒子动力计算方法之原理，以及相分离、两性分子自聚集(Self Aggregation)等应用实例。 原理

结构疲劳试验

结构试验报告结构疲劳试验 道桥08 丁宇 0804110304

结构疲劳试验 中文名称： 疲劳试验 英文名称： fatigue test 定义：为评定材料、零部件或整机的疲劳强度及疲劳寿命所进行的试验。 疲劳简介 疲劳破坏现象的出现，始于19世纪初叶。产业革命以后，随着蒸汽机车和机动运载工具的发展，以及机械设备的广泛应用，运动部件的破坏经常发生。破坏往往发生在零构件的截面突变处，破坏处的名义应力不高，低于材料的抗拉强度和屈服点。破坏事故的原因一时使工程师们摸不着头脑，直至1829年德国人艾伯持用矿山卷扬机焊接链条进行疲劳试验，破坏事故才被阐明。1839年，法国工程师彭赛列首先使用“疲劳”这一术语来描述材料在循环载荷作用下承载能力逐渐耗尽以致最后突然断裂的现象。1843年苏格兰人兰金发表了第一篇疲劳论文，论文中指出，机车车辆的破坏是由于运行过程中金属性能逐渐变坏所致。他分析了车轴轴肩处尖角的有害影响，指出了加大轴肩处的圆角半径可以提高其疲劳强度。1842年Hood(胡持)提出了结晶理论，认为金属在循环应力下的疲劳强度降低是振动引起的结晶化所致。1849年美国机械工程学会还举行了专门会议对此理论进行讨论。 对疲劳现象最先进行系统试验研究的学者是德国人Wholer(沃勒)，他从1847年至1889年在斯特拉斯堡皇家铁路工作期间，对金属的疲劳进行了深入系统的试验研究。1850年他设计出了第一台疲劳试验机(亦称WohLer疲劳试验机)，用来进行机车车轴疲劳试验，并首次使用金届试样进行了疲劳试验。他在1871年发表的论文中，系统论述了疲劳寿命与循环应力的关系，提出了S—N曲线和疲劳极限的概念，确定了应力幅是疲劳破坏的主要因素，奠定了金属疲劳的基础。因此Wholer被公认是疲劳的奠基人。 从19世纪70年代到90年代，戈贝尔研究了平均应力对疲劳强度的影响，提出了戈贝尔抛物线方程。英国人古德曼提出了著名的简化曲线----古德曼图。1884年包辛格在验证沃勒的疲劳试验时，发现了循环载荷下弹性极限降低的“循环软化”现象，引入了应力—应变滞后回线的概念。但是他的工作当时并未引起人们重视，直到1952年邱杨在做铜棒实验时才把它重新提出来，并命名为“包辛格”效应。因此，包辛格是首先研究应力循环的人。 20世纪初叶，开始使用金相显微镜来研究疲劳机制。欧文和汉弗莱1903年在单晶铝和多晶铁上发现了循环应力产生的滑移痕迹。他们通过微观研究推翻了老的结晶理论，指出了疲劳变形是由于与单调变形相类似的滑移所产生。1901年拜尔斯透研究了循环载荷下应力—应变曲线的变化，测定了滞后回线，建立了循环硬化和循环软化的概念，并且进行了多级疲劳试验（程序试验）。在此期间，英国人高夫对疲劳机制的了解贡献很大。他研究了多轴疲劳，说明了弯、扭的复合作用。并在1924年发表了一本巨著《金属疲劳》。 1920年格里菲斯发表了他用玻璃研究脆断的理论计算和实验结果。他发现，玻璃的强度取决于微裂纹尺寸，得出了S√a=常数的关系式（S为断裂时的名义

《岩石力学》2017年秋学期在线作业(一)

《岩石力学》2017年秋学期在线作业（一） 一、单选题（共 10 道试题，共 50 分。） V 1. 格里菲斯强度准则不能作为岩石的宏观破坏准则的原因是（）。 A. 该准则不是针对岩石材料的破坏准则 B. 该准则没有考虑岩石的非均质的特性 C. 该准则忽略了岩石中裂隙的相互影响 满分：5 分 2. 岩石的变形能力越大，岩石的（）越大。 A. 脆性 B. 塑性 C. 刚性 满分：5 分 3. 在地下，岩石所受到的应力一般为（）。 A. 拉应力 B. 压应力 C. 剪应力 满分：5 分 4. 岩石的弹性模量一般指（）。 A. 割线模量 B. 切线模量 C. 割线模量、切线模量及平均模量中的任一种 满分：5 分 5. 一般情况下，岩石的抗拉强度（）抗压强度。 A. 等于 B. 小于 C. 大于 满分：5 分

6. 原地应力状态与工程施工的关系是（）。 A. 有关 B. 无关 C. 不确定 满分：5 分 7. 岩石的峰值强度随围压的增加而（）。 A. 增大 B. 减小 C. 不变 满分：5 分 8. 已知某岩石的饱水状态与干燥状态的抗压强度之比为0.72，则该岩石（）。 A. 软化性强，工程地质性质不良 B. 软化性强，工程地质性质较好 C. 软化性弱，工程地质性质较好 满分：5 分 9. 在原地应力的水平和垂直应力中一般来讲比较大的是（）。 A. 垂直应力分量 B. 最大水平主应力分量 C. 最小水平主应力分量 满分：5 分 10. 在应力应变全过程变化曲线的四个阶段中，应变硬化现象发生在哪一阶段（）。 A. 微裂隙的压密阶段 B. 线弹性变化阶段 C. 塑性变化阶段 满分：5 分 二、判断题（共 10 道试题，共 50 分。） V 1. 岩石中的孔隙和裂隙越多，岩石的力学性质越好。 A. 错误

基于光滑粒子流体动力学方法的空间液桥实验实时模拟

文章编号：1001-90８1（201５)S2-020８-0４ 基于光滑粒子流体动力学方法的空间液桥实验实时模拟 王萌1,2?,郭丽丽1,于歌1 （1．中国科学院空间应用工程与技术中心,北京10009４; 2．中国科学院大学,北京100190) (?通信作者电子邮箱wangmeng07100701@163．com) 摘要:针对微重力环境下流体动态模拟的逼真度和效率问题,提出一种基于光滑粒子流体动力学(SPＨ)方法的空间液桥实验实时模拟方法三首先,借助计算机图形学和计算几何学的理论基础,结合空间液桥实验装置的三维模型,渲染了虚拟液桥实验的三维场景;其次,基于SPＨ方法建立液桥无网格的粒子模型,分析粒子在微重力条件下受力的特殊性,结合实验液体的密度二粘滞度等物理特性以及在微重力条件下的动态特性,模拟了空间中随实验操作的液桥形态变化过程;最后,仿真结果表明,该方法实现了微重力条件下液桥实验的实时动态模拟,并可应用于其他空间流体的动态仿真三 关键词:场景渲染;光滑粒子流体动力学;流体仿真;微重力;液桥实验 中图分类号:TP391．9 文献标志码:A Ｒｅａｌ-ｔｉｍｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｆｏｒｓｐａｃｅｅxｐｅｒｉｍｅｎｔｓｉｎ ｌｉqｕｉｄbｒｉｄｇｅbａｓｅｄｏｎｓｍｏｏｔｈｅｄｐａｒｔｉｃｌｅｈｙｄｒｏｈｙｎａｍｉｃｓｍｅｔｈｏｄ WANGＭeng1,2?,GUOＬili1,YU Ge1 (1.Techｎology aｎd Eｎgiｎeer Ceｎter for Space Utilizatioｎ,Chiｎese Academy of Scieｎces,Beijiｎg10009４,Chiｎa; 2.Uｎiversity of Chiｎese Academy of Scieｎces,Beijiｎg100190,Chiｎa) Ａbｓｔｒａｃｔ:Since the inefficiency and low fidelity of simulation about dynamic fluid in the microgravity environment,a method based on Smoothed ParticleＨydrodynamics(SPＨ)was proposed to simulate microgravity experiments on the thermocapillary convection in liquid bridge in real-time．Firstly,with the theoretical basis of computer graphics and computational geometry,this method rendered the virtual3D experimental scene,combining with the3D model file of experimental device．Secondly,the mesh-free particle model was established,and the specificity of the force for fluid was analyzed．Considering the physical properties of the fluid,such as the density and viscosity,and dynamic characteristics in microgravity condition,the shape of liquid bridge changing with space operation was simulated．Finally,the result of simulation has demonstrated that the proposed method has successfully modeled the process of microgravity experiments and it can be used in other space experiments about fluids． Kｅｙｗｏｒｄｓ:rendering scene;Smoothed ParticleＨydrodynamics(SPＨ);fluid simulation;microgravity;liquid bridge experiment 0 引言 由于微重力流体力学的发展具有重要的学术意义和巨大的应用前景,美二俄二西欧和日本相继建立了地面研究基地,并利用微重力火箭二飞船和航天飞机进行了多次空间流体实验三其中,液桥热毛细对流实验（简称液桥实验)是研究在微重力条件下热毛细对流的液桥高径比对临界过程的影响以及液桥的体积效应,是多次布置在国际空间站开展的一项空间实验三2010年,日本在国际空间站的KＩBO上,进行了20cSt硅油的液桥实验,用以确定振荡流开始的临界温度差,明确体积比二加热速度二迟滞以及冷却盘温度对实验结果的影响[1]三科学家通过CCD相机拍摄的图像进行远程观察和分析,如图1[1]所示,三个俯视CCD进行三维粒子跟踪测速,侧置CCD用以观察液桥形状和整体流动模式,红外CCD用于测量液桥表面温度,观察振荡现象三利用这样的支持系统,科学家只能通过下传的二维黑白图像从一个固定角度观察实验,无法实现多角度观察和对一些细节区域的重点跟踪,从而严重影响对实验过程的分析和判断三 基于以上不足,本文在空间科学实验的地面支持系统中 建立虚拟液桥实验的三维场景,导入液桥实验装置各部件的 三维模型文件,确定各部件在三维场景中的相对位姿以及实 验过程中的移动情况,并通过投影变换和光照渲染等进行可 视化仿真,从而支持全方位二多角度地观察实验进度三空间液 桥实验的流体是硅油,在2５?下,其密度为0．97５kg/m3,粘滞度为10cSt三硅油固有的粘滞性二不可压缩性,使其在微重 力环境下,随着拉桥电机和注液电机的控制操作,液桥高度和 注液体积发生变化,液柱形状也在动态地改变,本文的难点在 于如何逼真地实现微重力条件下液柱形态的动态仿真三 在计算机图形学领域,基于物理的流体模拟方法大致可以 分为两类：基于网格的欧拉法[2]和基于粒子的拉格朗日法[3]三欧拉法将流体所占据的空间离散成固定的网格,分析网格上每一固定点的流体速度二压强和密度等参数随时间的变化三拉格朗日法通过研究流体中每一粒子的相应物理参数随时间的运动变化,来描述整个流体的运动三在流体的实时模拟方面, Journal of Computer Applications 计算机应用,201５,3５(S2):20８-211ＩSSN1001-90８1 CODEN JYＩＩDU 201５-12-1５ http://www．joca．cn 收稿日期:201５-03-01;修回日期:201５-03-2４三基金项目:国家科技重大专项（Y21４0４11SN)三 作者简介:王萌（19８7-),女,河南洛阳人,硕士研究生,主要研究方向：虚拟现实二流体仿真; 郭丽丽（1973-),女,甘肃庆阳人,研究员,硕士,主要研究方向：复杂任务智能运控; 于歌（19８2-),女,黑龙江齐齐哈尔人,助理研究员,博士,主要研究方向：虚拟现实与人机交互三

纳米流体液滴的耗散粒子动力学方法模拟

Copyright ? 2014 版权所有 中国力学学会 地址: 北京市北四环西路15号 邮政编码:100190 Address: No.15 Beisihuanxi Road, Beijing 100190 第八届全国流体力学学术会议 2014年9月18～21日 甘肃兰州 文章编号： CSTAM2014-B01-0333 标题：纳米流体液滴的耗散粒子动力学方法模 拟 作者：沈世元，周哲玮 单位：上海市应用数学与力学研究所 上海大学

第八届全国流体力学学术会议 2014年9月18-21日 甘肃 兰州 CSTAM2014-A26-BS10029 纳米流体液滴的耗散粒子动力学方法模拟 沈世元1,2，周哲玮1,2 （1上海市应用数学与力学研究所，上海闸北区 200070） （2上海大学，上海闸北区 200070） 摘要 纳米流体是指把直径范围从10nm —100nm 的金属或非金属纳米颗粒分散到水、醇、油等传统物质中形成的新型流体。纳米颗粒的尺寸和浓度会对纳米流体的表面张力、润湿性和导热性等产生很大的影响，是近年来材料、物理、化学、传热学等众领域的研究热点。DPD （耗散粒子动力学， Dissipative Particle Dynamics ）是研究介观尺度下粒子运动的有力工具，其算法中的参数与物理系统的关系是研究热点之一。本文利用DPD 方法模拟介观尺度的纳米液滴，根据纳米液滴的接触角确定DPD 方法中的参数，研究了固壁、液体和纳米颗粒之间的相互作用系数。由于各种参数可以根据实测的数据来确定，此方法适用于研究实际工程中的问题。 关键词 纳米流体；耗散粒子动力学；接触角；相互作用系数 1.引言 1995年，美国Argonne 国家实验室的Choi 3等人提出了一个崭新的概念—— 纳米流体。随着纳米技术日益深入人心，相关研究逐渐成为一个热点，并在许多工业领域中得到拓展，比如含有表面活性剂的纳米流体可用来增加石油开采量，改良油污后的土壤；由于其易于浸入固体表面的特性，还常被用于对材料进行优化和改良。此外，纳米流体的有效导热系数高于相应纯流体，这使其传热性明显增强，因而多用于芯片散热的液冷系统中。通常，悬浮在流体中的纳米颗粒会受到诸如流动阻力、布朗运动、粒子间扩散及重力等内外因素的影响，其运动规律极其复杂。1 前人对于纳米流体性质的各个方面做了广泛的研究。1993年日本东北大学的Masuda 等人2在水中添加平均粒子直径为13nm 的32O Al 和27nm 的2O T i 粒子，制备了不同体积浓度的纳米颗粒胶体并测量了胶体的导热系数;1995年，美国Argonne 国家实验室的Choi 等人以一定的方式和比例在液体中添加纳米级金属或金属氧化物粒子，并称之为纳米流体。3 其中的氧化物粒子包括O C u 、2O S i 、32O Al 等，另外还有一些金属粒子和碳化物等4。 在1995年Choi 3之后，国内外的学者纷纷对纳米流体展开了深入的研究。在国 内方面，范庆梅等人5 对纳米流体的热导率和粘度进行了计算。李云翔等人6 为纳米流体的研究进展做了一个总结，包括：纳米流体稳定性的研究、纳米流体物性的研究、纳米流体传热特性的研究，其中既包括实验方面的研究进展也对纳米流体物性以及传热特性的理论研究进行了系统的总结。国外方面，B. Davidovitch 等人7研究了考虑了热扰动的粘性液滴在基板上的过程。杰出的研究人员如Kim 8-11、Vassallo 12、Truong 13等人也在纳米流体的性质研究方面做出了杰出的贡献，这里不再一一赘述。 分子动力学模拟（Molecular Dynamics, MD ）是一种在微观尺度下模拟原子和简单分子运动的方法。但由于超出这个尺度的时候，MD 方法不适用，我们需要采用另外的方法。对于介于宏观和微观之间的尺度上的流体动力学行为的研究是目前学术界的热点问题。这个中间的尺度通常被称为介观尺度，通常指的是10-1000nm 和1ns-10ms 的尺度。本文所采用的介观尺度下模拟流体的动力学行为的方法是耗散粒子动力学方法（Dissipative Particle Dynamics ，简称DPD ）14。此方法通过对模拟区域内的粒子进行粗粒化，以减少计算代价，在更短的计算时间内计算更大的