基于DDA的数值试验方法研究及其应用
发布时间：2021-06-24 15:48
本文在混合高阶DDA框架下,通过深度研发和创新实现了对电液伺服试验机的闭路循环控制机制的数值模拟,建立了能够开展岩石材料承载、变形和破坏机制模拟的数值试验方法并对岩石材料的单轴力学特性开展了数值试验研究。论文首先简要介绍了岩石基本力学特性的研究手段及力学试验机的发展历程;并对数值试验的既有研究进展进行了综述。然后,重点介绍了伺服控制原理和在混合高阶DDA方法的基础上进行二次开发实现了对伺服控制加载技术的模拟。之后,以可解析求解的双块体接触模型案例验证了程序的正确性和可行性。进一步地,通过电镜扫描和图像识别建立了实际岩样的数值试验模型,真实反映了岩石材料内部的矿物颗粒组成和接触特征。对数值试样模拟单轴强度试验,所得结果与室内单轴试验吻和较好,为建立岩石细观结构与宏观力学响应之间的联系提供了新的研究手段,具体成果如下:（1）推导了混合高阶DDA方法的各子矩阵基本公式,阐明了混合高阶位移模式下所涉及的单纯形积分、初应力传递、接触三大问题。（2）采用C语言对DDA源程序进行二次开发,加入伺服控制系统程序,利用简单的两块体接触模型加以验证,所得结果合理有效。（3）借助电镜扫描技术进行构岩矿物成分...
【文章来源】：长江科学院湖北省
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究目的
1.2 岩石力学特性的研究现状
1.2.1 岩石力学特性的研究背景
1.2.2 岩石试验机的发展过程
1.2.3 物理试验的局限性
1.3 数值试验的意义
1.3.1 DEM数值试验
1.3.2 FEM数值试验
1.3.3 其他数值试验
1.3.4 DDA数值试验
1.4 本文主要研究内容及思路
第二章 混合高阶DDA基本理论
2.1 基本公式推导
2.1.1 块体位移函数
2.1.2 联立方程式
2.1.3 弹性子矩阵
2.1.4 初应力
2.1.5 点荷载
2.1.6 线荷载
2.1.7 体荷载
2.1.8 锚杆连接
2.1.9 惯性力
2.1.10 接触弹簧子矩阵
2.1.11 摩擦力子矩阵
2.2 高阶DDA中需要考虑的几个特殊问题
2.2.1 单纯形积分递推公式
2.2.2 初应力问题
2.2.3 边界细化及接触处理
2.3 方程组求解
2.4 数值试验系统
2.5 本章小结
第三章 伺服控制的基本原理及程序实现
3.1 伺服控制的基本原理
3.1.1 MTS伺服反馈控制系统介绍
3.1.2 伺服控制的本质
3.2 伺服控制的程序实现
3.2.1 主程序流程及算法思想
3.2.2 伺服控制系统
3.3 对伺服控制系统的验证
3.3.1 两块体模型
3.3.2 解析解推导
3.3.3 计算结果分析
3.4 本章小结
第四章 岩石细观数值试验模型构建
4.1 引言
4.2 图像处理及块体细分
4.2.1 样本的电镜扫描
4.2.2 样本的二维重构
4.2.3 将块体几何数据进行ANSYS细分
4.3 试样制备
4.3.1 ANSYS数据转化DDA块体
4.3.2 节理线材料属性
4.3.3 块体材料属性
4.3.4 结果
4.4 本章小结
第五章 伺服数值试验
5.1 齐热水电站花岗岩力学特征分析
5.1.1 天然状态下花岗岩基本力学特征分析
5.1.2 花岗岩加载破坏机理的微细观试验结果
5.3 岩样破坏形态
5.4 岩样变形特性
5.5 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
附录
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]超声波振动下非均匀岩石损伤过程数值模拟与试验[J]. 尹崧宇,赵大军,周宇,赵博. 吉林大学学报(地球科学版). 2017(02)
[2]一种改进的二维DDA接触查找方法[J]. 余鹏程,张迎宾,赵兴权,黄小福. 岩土力学. 2017(03)
[3]岩石类材料振动裂隙扩展试验和数值分析[J]. 章统,刘卫群,查浩,费晓东. 岩土力学. 2016(S2)
[4]高地应力作用下岩石和地下硐室的动态力学行为和响应[J]. 廖志毅,朱建波,唐春安. 岩土工程学报. 2016(S2)
[5]岩石细观结构及参数对宏观力学特性及破坏演化的影响[J]. 张国凯,李海波,夏祥,李俊如,李晓锋,宋涛. 岩石力学与工程学报. 2016(07)
[6]非连续变形分析（DDA）线性方程组的高效求解算法[J]. 付晓东,盛谦,张勇慧,冷先伦. 岩土力学. 2016(04)
[7]类节理岩石直剪试验力学特性的数值模拟研究[J]. 李晓锋,李海波,夏祥,刘博,冯海鹏. 岩土力学. 2016(02)
[8]非贯通非共面节理岩体直剪试验DEM数值模拟[J]. 蒋明镜,孙亚,陈贺,袁聚云,张顺高. 岩石力学与工程学报. 2015(S2)
[9]基于Otsu图像处理的岩石细观模型重构及数值试验[J]. 尹延春,赵同彬,谭云亮,于凤海. 岩土力学. 2015(09)
[10]三轴压缩岩石应变软化及渗透率演化的试验和数值模拟[J]. 张春会,赵全胜,王来贵,赵娜,于永江. 煤炭学报. 2015(08)
博士论文
[1]高地应力地区花岗岩强度偏低的成因研究[D]. 赵青.成都理工大学 2009
硕士论文
[1]基于罚函数法和双势能理论的DDA接触理论研究及高阶位移模式理论应用[D]. 陈孚.西南交通大学 2017
[2]岩石拉压实验的颗粒离散元模拟[D]. 尹成.西南交通大学 2014
[3]基于DDA的弹性力学全高阶多项式位移逼近方法及其实例验证[D]. 刘晓莹.长江科学院 2013
[4]非连续变形分析方法的位移模式改进与工程应用研究[D]. 王小波.长江科学院 2008
本文编号：3247381
【文章来源】：长江科学院湖北省
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究目的
1.2 岩石力学特性的研究现状
1.2.1 岩石力学特性的研究背景
1.2.2 岩石试验机的发展过程
1.2.3 物理试验的局限性
1.3 数值试验的意义
1.3.1 DEM数值试验
1.3.2 FEM数值试验
1.3.3 其他数值试验
1.3.4 DDA数值试验
1.4 本文主要研究内容及思路
第二章 混合高阶DDA基本理论
2.1 基本公式推导
2.1.1 块体位移函数
2.1.2 联立方程式
2.1.3 弹性子矩阵
2.1.4 初应力
2.1.5 点荷载
2.1.6 线荷载
2.1.7 体荷载
2.1.8 锚杆连接
2.1.9 惯性力
2.1.10 接触弹簧子矩阵
2.1.11 摩擦力子矩阵
2.2 高阶DDA中需要考虑的几个特殊问题
2.2.1 单纯形积分递推公式
2.2.2 初应力问题
2.2.3 边界细化及接触处理
2.3 方程组求解
2.4 数值试验系统
2.5 本章小结
第三章 伺服控制的基本原理及程序实现
3.1 伺服控制的基本原理
3.1.1 MTS伺服反馈控制系统介绍
3.1.2 伺服控制的本质
3.2 伺服控制的程序实现
3.2.1 主程序流程及算法思想
3.2.2 伺服控制系统
3.3 对伺服控制系统的验证
3.3.1 两块体模型
3.3.2 解析解推导
3.3.3 计算结果分析
3.4 本章小结
第四章 岩石细观数值试验模型构建
4.1 引言
4.2 图像处理及块体细分
4.2.1 样本的电镜扫描
4.2.2 样本的二维重构
4.2.3 将块体几何数据进行ANSYS细分
4.3 试样制备
4.3.1 ANSYS数据转化DDA块体
4.3.2 节理线材料属性
4.3.3 块体材料属性
4.3.4 结果
4.4 本章小结
第五章 伺服数值试验
5.1 齐热水电站花岗岩力学特征分析
5.1.1 天然状态下花岗岩基本力学特征分析
5.1.2 花岗岩加载破坏机理的微细观试验结果
5.3 岩样破坏形态
5.4 岩样变形特性
5.5 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
附录
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]超声波振动下非均匀岩石损伤过程数值模拟与试验[J]. 尹崧宇,赵大军,周宇,赵博. 吉林大学学报(地球科学版). 2017(02)
[2]一种改进的二维DDA接触查找方法[J]. 余鹏程,张迎宾,赵兴权,黄小福. 岩土力学. 2017(03)
[3]岩石类材料振动裂隙扩展试验和数值分析[J]. 章统,刘卫群,查浩,费晓东. 岩土力学. 2016(S2)
[4]高地应力作用下岩石和地下硐室的动态力学行为和响应[J]. 廖志毅,朱建波,唐春安. 岩土工程学报. 2016(S2)
[5]岩石细观结构及参数对宏观力学特性及破坏演化的影响[J]. 张国凯,李海波,夏祥,李俊如,李晓锋,宋涛. 岩石力学与工程学报. 2016(07)
[6]非连续变形分析（DDA）线性方程组的高效求解算法[J]. 付晓东,盛谦,张勇慧,冷先伦. 岩土力学. 2016(04)
[7]类节理岩石直剪试验力学特性的数值模拟研究[J]. 李晓锋,李海波,夏祥,刘博,冯海鹏. 岩土力学. 2016(02)
[8]非贯通非共面节理岩体直剪试验DEM数值模拟[J]. 蒋明镜,孙亚,陈贺,袁聚云,张顺高. 岩石力学与工程学报. 2015(S2)
[9]基于Otsu图像处理的岩石细观模型重构及数值试验[J]. 尹延春,赵同彬,谭云亮,于凤海. 岩土力学. 2015(09)
[10]三轴压缩岩石应变软化及渗透率演化的试验和数值模拟[J]. 张春会,赵全胜,王来贵,赵娜,于永江. 煤炭学报. 2015(08)
博士论文
[1]高地应力地区花岗岩强度偏低的成因研究[D]. 赵青.成都理工大学 2009
硕士论文
[1]基于罚函数法和双势能理论的DDA接触理论研究及高阶位移模式理论应用[D]. 陈孚.西南交通大学 2017
[2]岩石拉压实验的颗粒离散元模拟[D]. 尹成.西南交通大学 2014
[3]基于DDA的弹性力学全高阶多项式位移逼近方法及其实例验证[D]. 刘晓莹.长江科学院 2013
[4]非连续变形分析方法的位移模式改进与工程应用研究[D]. 王小波.长江科学院 2008
本文编号：3247381
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