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原文传递一种堆石料动力变形尺寸效应确定方法

专利名称：	一种堆石料动力变形尺寸效应确定方法
摘要：	本发明属于土石坝有限元计算领域，涉及一种堆石料动力变形尺寸效应确定方法。本发明结合单颗粒的动态强度特征，推导堆石料集合体的应力和应变张量关系，确定修正等效黏弹性模型的尺寸效应规律，提出室内缩尺和原型足尺的模型参数的修正关系，减小堆石料动力变形有限元计算的尺寸效应误差，为土石坝工程设计和安全评价提供参考。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	辽宁;21
申请人：	大连理工大学
发明人：	迟世春;闫世豪
专利状态：	有效
申请日期：	2021-11-08T00:00:00+0800
发布日期：	2022-03-01T00:00:00+0800
申请号：	CN202111313671.X
公开号：	CN114112659A
代理机构：	大连理工大学专利中心
代理人：	温福雪
分类号：	G01N3/08;G;G01;G01N;G01N3;G01N3/08
申请人地址：	116024 辽宁省大连市甘井子区凌工路2号
主权项：	1.一种堆石料动力变形尺寸效应确定方法，其特征在于，包括如下步骤：第一步：开展堆石颗粒不同尺寸和应变率的单粒强度试验，获得堆石料强度与应变率的关系P、堆石料强度与尺寸的关系Q，见公式(1)和(2)，然后建立单颗粒的动态强度模型，见公式(3)：式中，DIF为动态强度增长因子，为应变率，c、d、k为拟合系数，为静态应变率，为尺寸效应消失临界应变率，σd为颗粒动态强度，σ0为基准强度，d为颗粒粒径，d0为基准粒径，m为Weibull分布模量，nd为几何相似性参数；第二步：基于第一步提出的单颗粒的动态强度模型，建立堆石料集合体的应力和应变张量关系，具体如下；三维状态下颗粒集合体的应力σij和应变张量关系εij如下：其中，Vσ为计算应力区域的总体积，f(c/p)为区域内任意接触点c处颗粒p受到的外力，l(c/p)为接触点指向颗粒p中心的支向量；Vε为计算应变的区域对应的体积，Δue为构成边e的两个颗粒p和q中心的相对位移，de为边e对应的面积补偿向量；假设原型足尺pr和缩尺sc试样级配相似，对应特征尺寸为dpr和dsc，缩尺和足尺两种试样具有相同的接触状态和孔隙分布，即集合体的几何状态相同，当缩尺和足尺试样破碎状态相同时，根据颗粒动态强度公式，则足尺试样应力σpr和缩尺试样应力σsc与足尺接触力fpr和缩尺接触力fsc满足：其中，Ppr和Psc分别表示足尺和缩尺应变率效应的应力提高关系，Qpr表示足尺的尺寸效应减弱关系；同时根据支向量l(c/p)、体积V、面积补偿向量de和相对位移Δue的尺寸比例关系，得到动荷载作用下缩尺试样的应力张量σij,sc和足尺试样的应力张量σij,pr与缩尺试样的应变张量εij,sc和足尺试样的应变张量εij,pr满足如下关系： εij,pr＝εij,sc (6b) 第三步：由不同尺寸试样的应力和应变张量关系推导最大动模量Edmax的尺寸效应；具体方法如下：对于缩尺动应力σd,sc和动应变εd,sc与足尺动应力σd,pr和动应变εd,pr有：其中，asc、bsc为缩尺动应力应变参数，apr、bpr为足尺动应力应变参数，根据(7a)和(7b)的缩放关系，缩尺和足尺试样的破碎一致时，内部动应力满足应变张量一致，因此有：从式(8)看出，若在任意动应变下等式均成立，动应力应变参数a和b满足： Edmax＝1/a，缩尺与足尺试样的最大动模量关系为：修正等效黏弹性模型假定Edmax与平均主应力σm具有如下关系：其中，K、n分别为最大动模量系数和指数，pa为大气压，σm＝(2+Kc)σ3/3，Kc为固结应力比；σm固结应力只需考虑静力尺寸效应，缩尺固结应力张量σm,sc与足尺固结应力张量σm,pr满足此时P和Q均为1，然后由(10)和(11)得到：其中，Edmax,pr为足尺的最大动模量，Ksc和Kpr分别为缩尺和足尺的最大动模量系数，nsc和npr分别为缩尺和足尺的最大动模量指数，若使(12a)和(12b)两式相等，则缩尺和足尺试样最大动模量参数关系为： nsc＝npr (13a) 第四步：由不同尺寸试样的等效应力和应变张量关系推导动模量比Ed/Edmax和阻尼比λd曲线的尺寸效应关系，具体如下：等效黏弹性模型中动模量比的表达式为：其中，εd,r为参考轴向应变，εd,r＝σdmax/Edmax＝a/b，于是足尺参考轴向应变和缩尺参考轴向应变有：缩尺动模量比Ed,sc/Edmax,sc和足尺试样动模量比Ed,pr/Edmax,pr的关系为：又由于λd/λdmax＝1-Ed/Edmax，λdmax为常数，因此缩尺阻尼比λd,sc和足尺阻尼比λd,pr满足： λd,pr＝λd,sc (17)。
所属类别：	发明专利