基于大理岩热弹塑性力学特性研究及有限元分析

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1、山东科技大学硕士学位论文大理岩热弹塑性力学特性研究及有限元分析姓名：徐燕萍申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：吕爱钟;刘泉声2001.6.1摘要Y3，；s2s6旧前，越来越多的岩石工程问题涉及到必须考虑高温的影响，比如核废料的处置、深部石油开采、地热资源的开发、深部采矿等等。在高温状态下，岩石除了只有线弹性的力学特性外，更多的情况下反映的是热弹塑性、热粘弹塑性的力学特性。这就要求我们考虑到岩石在温度作用下的力学性质j本文首先讨论了大理岩在温度作用下的力学试验，对岩石在单轴压缩(20℃～500℃)状态下和三轴压缩(20℃～200℃)状

2、态下的力学特性进行了分析，获得了一些有意义的结论。运用热力学理论、弹塑性理论和损伤力学理论，本文导出了一维热损伤演变方程和大理岩的一维非线性热力耦合弹塑性损伤本构方程。进而推导了大理岩的三维非线性热力耦合弹塑性损伤本构方程。据此，提出了能够模拟大理岩热弹塑性的力学模型。j以上述的理论为基础建立了温度和荷载(TM)耦合的弹塑性有限元模型，采用面向对象的编程方法，本文编制了二维有限元程序2D．TEM和三维有限元程序3D-TEM。运用本文作者自编的软件2D．TEM和3D-TEM软件对两个工程问题进行了有限元分析，获得了较为满意的结果，从而验证了

3、本文提出的大理岩非线性热力耦合弹塑性损伤本构模型和TM耦合的弹塑性有限元模型的正确性y关键词大理岩，损伤，弹塑性，热力耦合，面向对≈有限元／SummarvNowadays，moreandmoregeotechnicalengineeringproblemsrequireustoconsidertheeffectofthehightemperature，suchastherepositionofnuclearwaste，deeppetroleumexploitation，exploitationandutilizationofgeother

4、malresourceanddeepminin2，etc．Inmostcases，themechanicalpropertiesofrockunderhightemperaturearethermo．elasto．plasticandthermo．visco．plasticratherthanthelinearelastic．Soitisnecessarvtoconsiderthemechanical口ropertiesofrockathightemperatures．Inthethesis，firstly，anumberofmarble

5、mechanicaltestsunderhightemperaturearelist．Themechanical口ropertiesofmarbleinuni—axialcompression(20℃～500℃)testsandtri．axialcompression(20。C～200‘C)testsarestudiedandanalyzed．Someinterestingconclusionsaredrawn．Secondly，Usingthetheoriesofthethermodynamictheory，elasto-plastic

6、theory，andthedama2emechanicsltheorv，theuni-axialthermaldamageevolutionequationofmarbleisestablished，andtheuni．axialnonlinearthermal．mechanicalcouDledelasto-plasticdamageconstitutiveequationofmarbleisalsoestablished．Furthermore．the3．Dnonlinearthermo．mechanicalcoupledelasto

7、-plasticdamageconstitutiveequationofmarbleisestablished．Accordingtotheequations，therockmodelwhichcansimulateitsthermal-elasto-plasticpropertiesis2iven．ThentheTMcoupledelasto—plasticfiniteelementmodelisestabIishedaccordingtothetheoriesabove．Usin2theobiectorientedmethodthe2

8、．Dfiniteelementprogramwithname2D．TEMandthe3-Dfin“eelementprogramwithname3D．TEMaredeVeloped．Final