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1、浙江大學(xué)博士學(xué)位論文沖擊載荷下疲勞損傷力學(xué)及鍛錘基礎(chǔ)的疲勞損傷分析姓名：任廷鴻申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專業(yè)：巖土工程指導(dǎo)教師：張我華20060901浙江大學(xué)博士學(xué)位論文沖擊載荷下疲勞損傷力學(xué)及鍛錘基礎(chǔ)的疲勞損傷分析摘要疲勞失效是發(fā)生在工程領(lǐng)域中的一類十分普遍的物理現(xiàn)象，用連續(xù)損傷力學(xué)理論研究巖土工程結(jié)構(gòu)的沖擊疲勞損傷過程不論對(duì)損傷力學(xué)研究發(fā)展還是巖土工程理論進(jìn)步都有重要?jiǎng)?chuàng)新意義。由于土具有結(jié)構(gòu)性，所以國(guó)內(nèi)外有很多學(xué)者在土的本構(gòu)模型中都引入了“損傷”的概念。但是，在循環(huán)載荷作用下，將士的破壞視為疲勞損傷破壞的文章尚不
2、多見。本文根據(jù)鍛錘基礎(chǔ)及其地基土所承受的重復(fù)沖擊載荷的特性，將連續(xù)損傷力學(xué)理論應(yīng)用于鍛錘基礎(chǔ)系統(tǒng)的疲勞損傷研究，對(duì)連續(xù)損傷力學(xué)理論提出了“沖擊疲勞損傷的觀念”，給出了“單次沖擊載荷造成的微損傷累積與多次循環(huán)重復(fù)的沖擊載荷作用導(dǎo)致的宏觀損傷演變相耦合并用臨界疲勞損傷條件確定沖擊疲勞失效壽命的沖擊疲勞損傷理論研究模式”。并以此對(duì)鍛錘基礎(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行了沖擊疲勞損傷分析。主要成果內(nèi)容如下；1、在熱力學(xué)框架下．應(yīng)用連續(xù)介質(zhì)力學(xué)損傷理論，將損傷應(yīng)變能釋放率與趙錫宏教授建議的損傷能量指標(biāo)r相結(jié)合，構(gòu)造出了基于修正劍橋模型的彈塑
3、性損傷總耗散勢(shì)，同時(shí)也推導(dǎo)了在應(yīng)變空間和應(yīng)力空間的彈塑性損傷本構(gòu)方程及損傷演變方程。2、本文在前人實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上將M．vailEekelen對(duì)循環(huán)載荷作用下定義的土介質(zhì)的狀態(tài)記憶參數(shù)，發(fā)展定義為“疲勞參數(shù)”盯，提出了“疲勞損傷劣化”的概念，推導(dǎo)了不同型式的疲勞損傷演變方程及疲勞損傷的壽命方程。定義了能直接代表士抗疲勞性能的“土介質(zhì)抗疲勞特性參數(shù)盯”，對(duì)比分析了幾種典型土的疲勞損傷的劣化特性和疲勞劣化本構(gòu)理論模型。分析、討論了疲勞參數(shù)等多種因素對(duì)土疲勞劣化的機(jī)理和對(duì)土疲勞損傷壽命的影響。指出了土體的剪切循環(huán)疲勞
4、損傷壽命隨介質(zhì)的抗疲勞特性參數(shù)呈指數(shù)增長(zhǎng)模式。且對(duì)凍土在循環(huán)載荷下的疲勞損傷特性作了初步的模型分析與研究。3、將沖擊疲勞損傷理論研究模式應(yīng)用于鍛錘基礎(chǔ)的雙自由度動(dòng)力分析模型和地基士的兩維動(dòng)力損傷有限元模型，提出了一種研究長(zhǎng)期重復(fù)沖擊載荷引起鍛錘基礎(chǔ)系統(tǒng)疲勞損傷增艮和沖擊疲勞損傷壽命估計(jì)的方法。該方法通過定義，引入鍛錘基礎(chǔ)系統(tǒng)中減振器與基礎(chǔ)塊的損傷狀態(tài)壽命因子，分別估計(jì)出鍛錘基礎(chǔ)系統(tǒng)的減振器和基礎(chǔ)塊的沖擊疲勞損傷壽命上、下限。通過分析發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期的重復(fù)沖擊載荷會(huì)引起鍛錘基礎(chǔ)系統(tǒng)發(fā)生疲勞微損傷累積，累積的疲勞微損傷
5、導(dǎo)致宏觀損傷的疲勞演變，又引起鍛錘基礎(chǔ)的動(dòng)力響應(yīng)隨宏觀損傷發(fā)展而增大，動(dòng)力響應(yīng)的增大又加劇基礎(chǔ)系統(tǒng)的損傷發(fā)展。4、編制了在沖擊載荷作用F三維各向異性動(dòng)力損傷過程的有限元數(shù)值計(jì)算模擬程序，對(duì)鍛錘基礎(chǔ)系統(tǒng)在長(zhǎng)期重復(fù)沖擊載荷下的沖擊疲勞損傷過程分別進(jìn)行了兩維和三維的疲勞損傷試驗(yàn)數(shù)值模擬。分別得到了鍛錘基礎(chǔ)系統(tǒng)在不同壽命階段(總鍛打次數(shù)。F)基礎(chǔ)豎向位移振幅、地基土內(nèi)最大損傷點(diǎn)在單次沖擊載荷中的微損傷平均累積的機(jī)理和演變規(guī)律以及多次循環(huán)重復(fù)沖擊載荷作用下以宏觀平均累積損傷表示的沖擊疲勞損傷變量D與鍛打次數(shù)Ⅳ的關(guān)系曲線
6、。按基礎(chǔ)振幅不超過允許振幅的規(guī)范設(shè)計(jì)條件得到了地基土的沖擊疲勞損傷．壽命曲線，通過數(shù)值擬合，給出了一種估計(jì)2噸模鍛錘基礎(chǔ)地基土的沖擊疲勞損傷變量D的表達(dá)式。關(guān)鍵詞：連續(xù)損傷力學(xué)；疲勞損傷力學(xué)；疲勞損傷壽命；沖擊疲勞損傷；三維各向異性動(dòng)力損傷有限元程序：鍛錘基礎(chǔ)系統(tǒng)：沖擊疲勞損傷試驗(yàn)的數(shù)值模擬。第i頁浙江大學(xué)博士學(xué)位論文FatigueDamageMechanicsunderImpactLoadandAnalysisofFatigueDamageforHammer-FoundationAbstractFatigu
7、efailureisanimportantphenomenoninmanyengineeringprojectS．Thestudyoftheimpactfatiguedamageprocessinstructuresofgeotechnicalengineeringhasadvancedfunctionfordevelopmemeitherincontinuumdamagemechanicsoringeotechnicalengineeringapplications．Becauseofthestructur
8、albehaviorinsoils，manynationalandinternationalscholarshavein仃oduced‘‘damage’’conceptionintoconstitutivemodelsofsoils．However，thepapersdealwiththepointofviewonthesoilfailureundercyclicloadingasthefatigu
