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应变软化材料变形、破坏、稳定性的理论及数值分析

创造性成果声明第1-14页
摘要第14-19页
ABSTRACT第19-24页
第一章 绪论第24-49页
   ·研究背景和意义第24-26页
   ·地质体材料局部破坏研究概述第26-31页
     ·应变局部化的广泛性第26-27页
     ·应变局部化的研究方法第27-28页
     ·梯度塑性理论的特点第28-30页
     ·拉格朗日元法的特点第30-31页
   ·两类轴向变形、破坏模式、尺寸效应及全部变形研究概述第31-35页
     ·I 及 II 类变形行为及破坏模式第31页
     ·峰后应力—应变曲线的尺寸效应第31-34页
     ·峰后应力—塑性变形曲线第34-35页
     ·全部变形特征第35页
   ·结构稳定性研究概述第35-40页
     ·稳定性分类第35-36页
     ·不考虑试样破坏的稳定性研究第36页
     ·考虑试样破坏的直杆结构稳定性第36-38页
     ·试样单轴压缩剪切破坏的结构稳定性第38页
     ·结构稳定性分析的能量方法第38-39页
     ·稳定性分析的突变模型第39页
     ·稳定性分析的其它方法第39-40页
   ·韧性金属颈缩、伸长率及绝热剪切带研究概述第40-43页
     ·颈缩及伸长率第40-41页
     ·绝热剪切带第41-43页
   ·本文研究内容第43-49页
     ·微结构效应引起的局部化带物理、力学量的非均匀性研究第43-44页
     ·拉伸、压缩及剪切条件下试样的峰后变形及能量消耗研究第44-46页
     ·拉伸、压缩及剪切条件下局部破坏试样的结构稳定性研究第46-47页
     ·平面应变试样的变形、破坏过程、前兆及回跳的数值分析第47-49页
第二章 剪切带内部应变、应变率、变形及速度分布分析第49-69页
   ·剪切带宽度及局部塑性剪切应变分布第49-54页
     ·剪切带的线性应变软化本构关系第49页
     ·利用非局部理论推出梯度塑性理论第49-51页
     ·局部塑性剪切应变分布及剪切带厚度第51-52页
     ·总剪切应变分布及常剪切应变点第52-54页
   ·剪切带内部的局部剪切应变率、变形及速度分布第54-55页
     ·剪切带内部的局部剪切应变率第54页
     ·剪切带内部的变形及速度第54-55页
   ·剪切带两盘的相对剪切变形、速度及变形、速度分布梯度第55-58页
     ·剪切带两盘的相对剪切变形和速度第55-56页
     ·变形和速度分布梯度第56-58页
   ·算例及讨论第58-67页
     ·剪切带内部的应变及应变率分布的参数研究第58-65页
     ·剪切带内部的变形及速度分布的参数研究第65-67页
   ·本章小结第67-69页
第三章 剪切带—带外弹性体系统的变形及稳定性研究第69-83页
   ·基于位移法的剪切带—带外弹性体的变形及稳定性研究第69-72页
     ·剪切本构关系第69-70页
     ·基于位移法的剪切带—带外弹性体的应力—变形曲线第70-71页
     ·剪切带—带外弹性体系统稳定性的影响因素分析第71-72页
   ·基于能量方法的剪切带—带外弹性体系统的稳定性分析第72-74页
   ·试样的弹性回跳准则以及试样回跳与系统回跳之间的关系第74-78页
     ·应变局部化、岩爆及Ⅱ类变形行为的讨论第74-76页
     ·岩爆的回跳准则第76-78页
   ·试样的稳定性与试样—试验机系统的稳定性第78-81页
     ·直接剪切试验机—岩样系统的稳定性第78页
     ·岩样失稳回跳与直剪试验机—岩样系统失稳回跳之间的关系第78-81页
   ·本章小结第81-83页
第四章 考虑应变率、剪胀、刚度及水致弱化的剪切带分析第83-99页
   ·考虑应变率效应的变形、耗散能量及稳定性分析第83-89页
     ·应变率效应的描述第83页
     ·考虑应变率效应的应变、变形分布及稳定性分析第83-85页
     ·考虑应变率效应的断层-围岩系统的力-变形曲线及稳定性第85-87页
     ·考虑应变率效应的断层岩爆耗散能量分析第87-89页
   ·剪切带内部的剪胀、剪缩及直接剪切试验的尺寸效应第89-91页
     ·剪切带内部的局部体积增量及剪切带的法向变形第89-90页
     ·直接剪切试样的切向及法向变形之间的关系第90-91页
     ·直接剪切试验的尺寸效应第91页
   ·考虑刚度劣化的剪切带内部的应变、应变率及变形分部第91-95页
     ·考虑刚度劣化的剪切本构关系第91-93页
     ·考虑刚度劣化的剪切带内部应变及变形分布第93-94页
     ·考虑刚度劣化的剪切带内部最大剪应变(率)及常剪切应变点第94-95页
   ·考虑水致弱化的剪切带内部应变分布及系统稳定性分析第95-97页
     ·考虑水致弱化的剪切带内部应变分布分析第95-96页
     ·考虑水致弱化的系统应力—变形曲线及稳定性分析第96-97页
   ·本章小结第97-99页
第五章 多孔介质岩土材料剪切带孔隙特征研究第99-110页
   ·孔隙比的不均匀性分析第99-104页
     ·实验结果分析第99-100页
     ·孔隙率及孔隙比局部化分析第100-102页
     ·剪切应力卸载率对孔隙比及孔隙度变化率分布的影响第102-103页
     ·流动剪切应力对孔隙比及孔隙度增量分布等的影响第103页
     ·内部长度及剪切软化模量对孔隙比的影响第103-104页
   ·最大孔隙比分析及讨论第104-108页
     ·最大孔隙比分析第104-106页
     ·最大孔隙度的参数研究第106-107页
     ·关于剪胀、剪缩及最大孔隙比的两层含义的讨论第107-108页
     ·平均孔隙比与平均塑性剪切应变之间的关系第108页
   ·本章小结第108-110页
第六章 单轴拉伸岩样应变、损伤局部化及应力-应变曲线第110-127页
   ·De Borst及Mühlhaus(1992)的开创性工作及评述第110-113页
   ·局部塑性拉伸应变分布及应力—变形曲线解析式验证第113-117页
     ·局部塑性拉伸应变分布解析式验证第113页
     ·全程拉伸应力—变形曲线解析式第113-115页
     ·特征长度对全程应力—变形曲线影响的验证第115-116页
     ·本构参数及结构尺寸对全程应力—应变曲线的影响第116-117页
   ·单轴拉伸岩样损伤局部化分析第117-125页
     ·局部损伤变量及局部损伤变量率分析第117-121页
     ·局部损伤变量的参数研究第121-122页
     ·局部损伤变量最大值的参数研究第122-123页
     ·局部损伤变量率最大值的参数研究第123-124页
     ·局部损伤变量率局部化特征第124-125页
   ·本章小结第125-127页
第七章 三点弯梁的拉伸局部化带传播及转角分析第127-140页
   ·真实裂纹出现前拉伸局部化带传播及转角分析第127-133页
     ·真实裂纹出现前三点弯梁模型的基本假设第127-128页
     ·真实裂纹出现前局部化区张拉位移计算第128-129页
     ·真实裂纹出现前局部化区扩展长度确定第129-131页
     ·真实裂纹出现前局部化带的扩展规律的参数研究第131-133页
   ·真实裂纹出现后拉伸局部化带传播及转角分析第133-139页
     ·真实裂纹出现后三点弯梁模型的基本假设第133-134页
     ·真实裂纹出现后拉应变局部化区的扩展第134-135页
     ·真实裂纹出现后真实裂纹张开距离计算第135-136页
     ·真实裂纹出现后拉应变局部化区转角计算第136-139页
   ·本章小结第139-140页
第八章 单轴压缩岩样剪切破坏的应力—应变曲线研究第140-152页
   ·基于位移法及能量守恒原理的应力—应变曲线分析第140-142页
     ·力学模型及基本假设第140-141页
     ·基于位移法的应力—应变曲线软化段的斜率的解析式第141页
     ·基于能量守恒法的应力—应变曲线软化段的斜率的解析式第141-142页
   ·应力—应变曲线软化段的尺寸效应及参数研究第142-145页
     ·尺寸效应的实验验证第142-143页
     ·峰后应力—应变曲线的参数研究第143-144页
     ·单轴压缩岩样剪切破坏力学模型的特点第144-145页
   ·单轴压缩岩样剪切破坏的轴向响应及本构关系第145-148页
     ·轴向响应分析第145-147页
     ·对目前模型的进一步讨论第147-148页
   ·拉伸、剪切及单轴压缩岩样的统一应力—应变曲线第148-149页
   ·剪切带内部的局部损伤及单轴压缩岩样的全局损伤之间的关系第149-150页
   ·本章小结第150-152页
第九章 单轴压缩岩样剪切破坏的稳定性研究第152-164页
   ·基于刚度比理论的单轴压缩岩样剪切破坏的稳定性分析第152-154页
     ·剪切带之外弹性岩石在压缩条件下的剪切刚度第152页
     ·基于刚度比理论的剪切带—带外弹性体的失稳判据第152-153页
     ·岩样(或矿柱)稳定性分析第153-154页
   ·基于能量原理的单轴压缩岩样剪切破坏的稳定性分析第154-158页
     ·外力功第154-155页
     ·弹性势能第155-156页
     ·耗散势能第156-157页
     ·基于能量原理的剪切带—带外弹性体的失稳判据第157-158页
     ·基于能量原理的失稳判据的优越性第158页
   ·拉伸、剪切及单轴压缩岩样的统一失稳判据第158-159页
   ·岩样在压剪条件下变形及稳定性分析第159-163页
     ·剪切带变形分析第159-161页
     ·剪切带之外弹性体的剪切刚度第161页
     ·剪切带—带外弹性体系统的失稳判据第161-162页
     ·端部剪切应力对剪切带内部应变分布的影响第162页
     ·端部剪切应力对剪切带错动位移的影响第162-163页
   ·本章小结第163-164页
第十章 单轴压缩岩样峰后塑性变形及剪切断裂能研究第164-175页
   ·峰后塑性变形分析第164-167页
     ·峰后塑性变形实验结果分析第164-165页
     ·轴向塑性变形理论分析第165-167页
   ·剪切断裂能分析第167-174页
     ·峰后断裂能计算第167-168页
     ·峰前断裂能计算第168-169页
     ·全部断裂能计算第169页
     ·解析解的正确性论证及讨论第169页
     ·峰后断裂能的演化及影响因素分析第169-172页
     ·对峰后断裂能尺寸效应的进一步讨论第172-174页
   ·本章小结第174-175页
第十一章 岩样单轴压缩侧向及体积变形研究第175-187页
   ·应力—侧向应变曲线的解析解第175-178页
   ·本构参数及试样尺寸对侧向应变的影响第178-182页
     ·本构参数及剪切带倾角的影响第178-179页
     ·宽度的尺寸效应第179-182页
     ·对侧向塑性变形及回跳的讨论第182页
   ·体积应变及纯体积应变的解析式第182-186页
     ·体积应变的解析式第182-183页
     ·纯体积应变的解析式第183-184页
     ·应力—纯体积应变曲线的参数研究第184-186页
   ·本章小结第186-187页
第十二章 单轴压缩岩样的轴向、侧向变形及稳定性研究第187-204页
   ·轴向回跳与侧向回跳之间关系的研究第187-190页
     ·轴向回跳与侧向回跳的条件第187-188页
     ·轴向回跳与侧向回跳的关系第188-190页
   ·轴向应变、侧向应变及峰后泊松比第190-194页
     ·轴向应变与侧向应变曲线的实验验证第190-192页
     ·峰后泊松比研究第192-194页
   ·轴向及侧向变形的耗散能量及稳定性分析第194-203页
     ·剪切带塑性剪切变形消耗的能量第194-195页
     ·轴向压力(外力)所作的功第195-196页
     ·侧向及轴向塑性变形的耗散能量第196-199页
     ·轴向及侧向稳定性分析第199-203页
   ·本章小结第203-204页
第十三章 矿柱渐进破坏及弹性梁-矿柱系统的稳定性第204-216页
   ·考虑渐进破坏的矿柱变形及稳定性分析第204-210页
     ·矿柱的均匀变形阶段第204页
     ·矿柱的渐进破坏阶段第204-207页
     ·矿柱的剥离阶段第207-209页
     ·失稳判据的解析式第209页
     ·渐进破坏矿柱的应力—应变曲线第209-210页
   ·基于能量原理的弹性梁—剪切破坏矿柱系统的失稳判据第210-214页
     ·弹性梁—局部剪切破坏矿柱系统的力学模型第210-211页
     ·矿柱的变形分析及系统的失稳判据第211-212页
     ·根据分布载荷对梁跨中挠度求导的失稳准则第212-214页
   ·本章小结第214-216页
第十四章 线性软化韧性金属的拉伸及剪切局部化分析第216-236页
   ·伸长率分析第216-224页
     ·局部化颈缩及平衡条件第216-218页
     ·应变梯度效应的引入第218页
     ·不考虑颈缩的塑性伸长量第218-219页
     ·颈缩引起的不均匀塑性伸长量第219-220页
     ·颈缩发生前的均匀塑性伸长量第220页
     ·颈缩发生后的总塑性伸长量第220页
     ·颈缩发生后的弹性伸长量第220-221页
     ·断后伸长率及断前伸长量第221页
     ·伸长量及其尺寸效应的验证第221-223页
     ·断裂应力、材料脆性及内部长度对伸长率的影响第223-224页
   ·考虑峰前的残余塑性应变的形变剪切带内部的应变分布分析第224-225页
   ·剪切带传播过程中的形变剪切带内部的应变分布分析第225-229页
   ·绝热剪切带内部的温度分布第229-235页
     ·Johnson—Cook 本构关系及应变梯度的引入第229-230页
     ·剪切带内部温度增量的分布第230-232页
     ·绝热剪切带内部温度分布的计算步骤第232页
     ·剪切带内部温度分布的影响因素分析第232-235页
   ·本章小结第235-236页
第十五章 非线性软化金属的绝热剪切带内部的应变及温度分析第236-256页
   ·韧性金属绝热剪切局部化的参数研究第236-247页
     ·Johnson—Cook 模型及剪切局部化的开始第236-237页
     ·绝热剪切带内部的局部塑性剪切应变第237-238页
     ·绝热剪切带内部的局部塑性剪切应变及变形特征分析第238-240页
     ·静态剪切强度的影响第240-241页
     ·应变硬化模量的影响第241-242页
     ·应变率敏感系数的影响第242-244页
     ·应变硬化指数的影响第244页
     ·热软化指数的影响第244-245页
     ·熔点的影响第245-246页
     ·比热容、密度及功热转化因子的影响第246-247页
   ·韧性金属绝热剪切带内部的温度分布分析第247-251页
     ·由于微结构效应引起的绝热剪切带内部的局部温度分布第247页
     ·绝热剪切带内部的总温度分布第247页
     ·绝热剪切带内部的总温度分布及演变的计算第247-250页
     ·应变率对绝热剪切带内部的总温度分布及演变的影响第250-251页
   ·韧性金属相变剪切带的宽度分析第251-254页
     ·形变剪切带内部的相变剪切带的宽度第251-252页
     ·初始温度、功热转化因子、熔点、密度及比热容的影响第252-254页
   ·本章小结第254-256页
第十六章 矿柱渐进破坏及煤岩两体模型数值模拟第256-268页
   ·矿柱渐进破坏数值模拟第256-262页
     ·本构关系及计算模型第256-257页
     ·不同宽度矿柱的全程应力—应变曲线第257-258页
     ·矿柱渐进破坏过程及剪切破坏特征第258页
     ·矿柱水平及垂直方向应力分布第258-262页
   ·煤岩两体模型破坏及相互作用数值模拟第262-267页
     ·本构关系及计算模型第262-263页
     ·岩石高度对模型的应力—应变曲线的影响第263页
     ·岩石高度对煤体的应力—应变曲线的影响第263-264页
     ·岩石高度对煤体变形速率的影响第264页
     ·模型(煤体)破坏过程第264-266页
     ·高度对煤体破坏模式及剪切应变增量的影响第266-267页
   ·本章小结第267-268页
第十七章 地震块体模型及剪切应变率异常数值模拟第268-282页
   ·地震块体模型数值模拟第268-272页
     ·本构关系及计算模型第268-269页
     ·地震块体模型的共轭剪切破裂图案第269-271页
     ·中心块体尺寸对剪切破裂图案的影响第271页
     ·新构造与老构造的不一致性第271页
     ·界面法向和切向刚度对剪切破裂图案的影响第271-272页
     ·剪切破裂带的等距性、主条带与次条带第272页
     ·大地震的成组活动第272页
   ·平面应变双轴压缩岩样剪切应变率异常数值模拟第272-280页
     ·本构关系及计算模型第272-273页
     ·全程应力—应变曲线第273-274页
     ·周期1 的剪切应变率异常第274-276页
     ·周期2 的剪切应变率异常第276-278页
     ·周期3 的剪切应变率异常第278-280页
   ·本章小结第280-282页
第十八章 缺陷岩样变形、破坏过程及侧向变形数值模拟第282-297页
   ·缺陷岩样的变形、破坏过程数值模拟第282-288页
     ·本构关系及计算模型第282-283页
     ·局部化启动与塑性区贯通第283-287页
     ·塑性区、剪切带、速度场及变形网格图第287页
     ·剪切带倾角的数值解与理论预测的对比第287页
     ·剪切带内部单元的剪切应变率及增量第287页
     ·粗网格与细网格的结果对比第287-288页
   ·缺陷岩样侧向变形数值模拟第288-295页
     ·本构关系及计算模型第288-292页
     ·剪切带启动、演化及全程平均压缩应力—压缩变形曲线第292-293页
     ·全程平均压缩应力—侧向位移曲线第293-294页
     ·由侧向位移—时步曲线识别局部化启动第294-295页
   ·本章小结第295-297页
第十九章 缺陷位置对岩样剪切带图案的影响数值模拟第297-313页
   ·双缺陷岩样变形、破坏数值模拟第297-304页
     ·本构关系及计算模型第297-298页
     ·剪切带图案的复杂性第298-302页
     ·剪切带图案与应力—变形曲线软化段的关系第302-304页
   ·单缺陷岩样变形、破坏数值模拟第304-312页
     ·本构关系及计算模型第304-305页
     ·无材料缺陷岩样的剪切带图案及演化第305-306页
     ·材料缺陷位置对岩样剪切带图案的影响第306-309页
     ·材料缺陷对应力—变形曲线的影响第309-311页
     ·数值结果的实验验证第311-312页
   ·本章小结第312-313页
第二十章 缺陷岩样全部变形特征及破坏前兆数值模拟第313-326页
   ·轴向、侧向、体积应变及泊松比的计算方法第313-314页
   ·剪胀对岩样破坏过程、全部变形及前兆的影响第314-319页
     ·本构关系及计算模型第314页
     ·剪胀对岩样破坏过程及模式的影响第314-316页
     ·轴向、侧向、体积变形特征及泊松比第316-319页
   ·孔隙压力对岩样破坏过程、模式及全部变形的影响第319-324页
     ·本构关系及计算模型第319页
     ·孔隙压力对岩样破坏过程及模式的影响第319-320页
     ·轴向及侧向变形特征第320-322页
     ·峰前及峰后泊松比第322-323页
     ·体积变形特征第323-324页
     ·失稳破坏前兆的差别第324页
   ·本章小结第324-326页
第二十一章 断层—围岩系统变形、破坏及失稳回跳数值模拟第326-343页
   ·断层—围岩系统的形成过程及快速回跳数值模拟第326-330页
     ·本构关系及计算模型第326-327页
     ·断层带—围岩系统的形成过程及承载能力第327-328页
     ·垂直于断层的节点位移的分布规律第328-330页
   ·断层—围岩系统的剪切应力分布及演变第330-336页
     ·本构关系及计算模型第330-331页
     ·数值结果的分析及讨论第331-334页
     ·基于梯度塑性理论的剪切位移分布分析第334-336页
   ·孔隙压力对剪切带—围岩系统变形及失稳回跳的影响第336-340页
     ·本构关系及计算模型第336页
     ·孔隙压力对应力—位移曲线的影响第336-337页
     ·孔隙压力对塑性区分布的影响第337-338页
     ·孔隙压力对横跨剪切带位移分布的影响第338页
     ·孔隙压力对回跳距离的影响第338-339页
     ·孔隙压力对横跨剪切带速度分布的影响第339-340页
     ·孔隙压力对回跳前兆的影响第340页
   ·本章小结第340-343页
第二十二章 结论第343-356页
   ·微结构效应引起的局部化带物理、力学量的非均匀性研究第343-346页
     ·剪切带内部的应变、应变率、变形及速度分布第343-344页
     ·多孔介质岩土材料剪切带内部的孔隙特征参数第344页
     ·单轴拉伸试样的变形局部化及损伤局部化第344页
     ·金属的剪切局部化、绝热剪切带内部的温度分布及相变第344-346页
   ·拉伸、压缩及剪切条件下试样的峰后变形及能量消耗研究第346-350页
     ·直接剪切条件下试样的峰后变形及能量消耗第346页
     ·单轴拉伸试样的峰后变形及三点弯试样的局部化带传播第346-347页
     ·单轴压缩条件下试样的峰后轴向变形及剪切断裂能第347-348页
     ·单轴压缩条件下试样的峰后全部变形特征及能量消耗第348-349页
     ·金属的局部化颈缩及伸长率的尺寸效应第349-350页
   ·拉伸、压缩及剪切条件下局部破坏试样的结构稳定性研究第350-352页
     ·直接剪切条件下试样及试样—试验机系统的结构稳定性第350页
     ·单轴压缩条件下试样、矿柱、梁—柱系统的结构稳定性第350-352页
   ·平面应变试样的变形、破坏过程、前兆及回跳的数值分析第352-356页
     ·矿柱、煤岩两体模型的变形、破坏过程及前兆第352页
     ·地震块体模型的剪切带网络及双轴压缩岩样的剪切应变率异常第352-353页
     ·含缺陷岩样的变形、破坏过程、剪切带图案、侧向变形及回跳第353-354页
     ·剪胀及孔隙压力条件下含缺陷岩样的全部变形特征及前兆第354页
     ·断层—围岩系统的形成、应力分布、前兆、回跳及孔隙压力效应第354-356页
参考文献第356-371页
致谢第371-372页
攻读博士期间发表的学术论文第372-376页
作者简介第376页
后记第376页

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