多缺口及裂纹群加筋板的力学行为

含多缺口及裂纹群结构的力学行为是当今结构完整性研究的关键问题之一，本项研究中提出了复杂载荷下含任意分布多缺口及裂纹群有限大各向异性板弹性问题的级数解，并有效解决由于裂纹闭合导致的非线性多体接触问题，导出外边界与常规有限元相协调的含多缺口及裂纹群各向异性板的Global-Local杂交应力有限单元，建立高效的复杂载荷下任意多缺口及裂纹群复杂结构的力学响应分析方法，提出多裂纹失效判据，突破现有判据只能用于共线裂纹情况，系统研究各几何参数、物理参数对结构破坏模式和剩余强度的影响规律，从而建立有效的复杂载荷下多缺口及裂纹群加筋板力学响应分析方法和损伤容限评定技术。课题所涉及到的多连通域边值、多体接触、失效判据等关键问题，在该领域急需解决。此外项目研究成果也可用于现代损伤力学中本构关系、损伤演变过程及失效模式等方面的研究，具有重要的理论意义。

按材料分类，加筋板可分为金属加筋板，复合材料加筋板。

采用理论和实验相结合的方法，研究在低速冲击后，含界面分层/脱粘和基体横向微裂纹损伤复合材料加筋板壳结构的自振频率、频率响应函数、模态和阻尼特性以及在动载下的响应行为和破坏机理，发展含损伤复合材料结构的非线性动力学分析理论、方法和开发相应的软件，通过参数讨论，为复合材料工程结构的损伤容限设计、识别和失效防范提供分析依据。

在隧道等地下工程爆破施工中，超欠挖现象严重影响隧道施工期安全。如何获得爆生气体作用下岩石裂纹的扩展方向和长度，及其与既有裂隙的贯通形式与交互作用，是提高隧道光面爆破技术水平的核心问题。本项目以爆炸力学及线弹性断裂力学为理论基础，采取实验研究、理论分析与现场实际验证相结合的手段，重点研究爆生气体作用下岩石裂纹的力学行为及其扩展模型。首先，基于爆炸力学理论，获得爆生气体膨胀压力随时间变化规律；在此基础上采用线弹性断裂力学方法，建立爆生气体作用下岩石裂纹的扩展及止裂准则，计算裂纹的最终长度；通过爆生气体作用下岩石裂纹形态特征实验，研究爆生裂纹的长度、方向等形态特征及其与既有裂隙的交互作用；建立基于解析计算与室内实验的爆生气体作用下岩石裂纹扩展模型。本项目的研究，可为丰富和发展岩石爆破理论，提高隧道光面爆破技术水平，提供理论依据与技术支持，对解决隧道等地下工程爆破中的超欠挖问题有重要的价值。