剪切模型（精选8篇）
剪切模型 篇1
1 引言
现在, 国外已经产生了许多考虑剪切效应的纤维模型, 总体上来说可以分为四类[1], 即:拉杆-压杆模型、微平面模型、弥散裂缝模型、损伤模型。
2 模型介绍
2.1 拉杆-压杆模型
Guedes[1997]试图在纤维模型梁单元中引入剪切。该模型通过纤维离散化来考虑轴力, 用拉杆-压杆模型来考虑剪切。由于该模型是早期模型之一, 所以其存在不少缺点:不能考虑其他抗剪机理的作用;材料的本构模型为单轴本构模型;不能在物理基础上考虑轴力、弯矩、剪力的相互作用;弯矩能够通过平均轴向应变εoe来影响剪力, 反之则不成立;没有得到一个准确的截面刚度矩阵;对试验观测中的截面破坏过程预测和模拟没有达到理想的要求;等等。
Martinelli[2002]考虑了不同抗剪机理的贡献, 并将剪力分为不同部分分别予以不同的方法进行考虑。虽然此模型考虑了不同抗剪机理的影响, 但是在截面刚度矩阵中剪力贡献只由桁架机理提供, 并且完全没有和轴力、弯矩项耦合, 因此会导致更多的迭代次数才能达到收敛。在循环荷载下, 数值模拟中的强度退化比试验时更大。
Ranzo和Petrangeli[1998]提出一种模型, 抗剪强度也来自几个不同的组成部分。剪切模型和纯弯模型串联, 轴力、弯矩、剪力通过截面刚度矩阵系数结合到一起, 但是并没有达到截面层次的完全耦合。此模型中一些假定来自于经验思路, 没有理论基础和试验验证。例如:等效斜压杆来自于假定轴力平行于横向钢筋;开裂角Φ假定为30°或45°;在桁架结构中的纵筋贡献值也是一个假定值。因此在峰值后性能的模拟上存在一些缺陷, 与实际试验中的刚度下降规律存在一些差异。
2.2 微平面模型
Petrangeli[1999]引入了改进微平面理论的双轴本构关系来重现单调和循环加载。虽然此模型对试验构件的模拟较好, 但是其内在本质使得考虑不同机理对抗剪的贡献较为困难, 并且其对纵筋销栓作用的估计存在不足, 这个方法低估了剪压区的抗剪能力, 因此难以预测无腹筋小尺寸钢筋混凝土梁的抗剪能力。其计算复杂性也会在结构分析程序中带来一些困难, 特别是宏观拉应力和混凝土纤维矩阵必须通过每条纤维和每步加载进行数值推导。
2.3 弥散裂缝模型
Collins、Vecchio[1988]提出了修正压应力场理论 (MCFT) , 并利用该理论建立了截面模型, 使用迭代过程来确定应力和应变分布, 并建议从两个相邻截面的平衡中找出截面剪应变分布。此截面模型应用于单调加载的梁截面下得到了很好的结果。但是迭代推导时需要确定纵向应变梯度, 为此, 在定义剪力分布使用了运动约束:即预先定义剪应变、剪应力的分布。除了无腹筋的梁以外, 此截面模型的数值模拟很好地预测了试验中的强度, 为了克服这个限制, Vecchio[2000]提出了一个新的概念模型来描述开裂混凝土的性能, 即扰动应力场模型 (DSFM) 。因为此模型分析推导过程是基于平截面假定的, 所以不能预测加载和支撑区域的局部作用。
与此同时, Hsu[1988]提出的转角软化桁架模型 (RA-STM) 与MCFT采用了基本相同的力学模型, 主要的不同在于:取消了裂缝处局部平衡的检查;不再使用单独的钢筋应力-应变关系, 而是使用大量试验来确定混凝土包裹下的钢筋应力-应变关系。
Bentz[2000]改进了截面方法, 使其能计算钢筋混凝土横截面在轴力、弯矩、剪力下的强度和变形, 但是只适用于静力加载条件, 这主要是由于没有应用材料的循环特性。应用了此模型的程序可以计算集中荷载或者均布荷载下深梁的荷载-挠度曲线。此方法隐含了两个假定:平截面假定和横向没有明显的有效应力。这意味着沿单元长度方向的每个点处的混凝土和横向钢筋力必须平衡。在距离支撑和加载点一定距离的地方 (即局部效应可忽略) 进行分析时这两个假定是明显有效的, 但是不考虑横向钢筋的截面反应预测是不够完美的, 给该方法的应用带来了限制。
Remino[2004]在梁单元公式中试图使用弥散裂缝方法。这考虑了轴力、剪力、弯矩的直接相互作用。但是由于使用的循环荷载下的材料本构模型和应用的增量迭代法来解决系统的非线性方程, 在循环分析中也会遇到数值困难。并且其数值预测和试验数据对比结果不是很理想。
Bairan[2006]提出了一个非线性纤维截面模型。此模型应用在混凝土结构中能模拟所有六种内部力和变形 (任意形状横截面、任意纵向钢筋和箍筋的布置) 。因为其中不需要假设剪力和应变分布, 所以截面层次的平衡和协调是令人满意的。但是另一方面, 此模型也需要一些近似假定 (在变形位移的定义及其离散化方面) , 变形的变化随梁长、材料性能、截面离散化而变化。这些近似假定是否影响质量、数值稳定性、方法的适用范围尚没有一个清晰的论断。
Mostafaei[2007]在修正压应力场的基础上提出了一个新的算法:轴剪弯相互作用法 (AS-FI) 。此方法分别使用基于传统截面分析的轴弯模型和基于双轴剪切模型的轴剪模型来考虑轴弯和轴剪耦合。此方法的预测结果和试验对比吻合较好, 也需要大量的迭代过程, 因此随后的简化方法--单轴剪弯法 (USFM) , 减少了迭代过程, 并且在和试验对比时仍然得到了令人满意的结果。但是此方法只能用于计算各种梁柱构件在单调加载下的反应, 不能将其扩展到反复加载及整体结构的计算。
2.4 损伤模型
混凝土在循环荷载下非线性性能的一个主要特征就是明显的损伤。Kotronis等[2000, 2005]建议的Timoshenko多纤维单元能够很好地模拟试验试件的整体性能。但是包含线性剪应力的一维材料本构关系假定不能准确重现由于受剪开裂的混凝土截面的各项异性反应, 为此, 在循环荷载下使用三维本构关系是必要的。这种单元的预测结果和试验对比有一些差别, 主要体现在荷载峰值预测偏大, 以及卸载和反向加载时刚度退化过快。
3 结语
耦合了拉杆-压杆模型的纤维模型相对比较简单, 可以直接用于计算不同的抗剪机理的贡献。但需要合适的基于经验的校准程序, 并且在考虑弯、剪、轴的耦合方面也不近于实际, 因此使得这些模型的应用范围受到了限制。
为了满足更多的细化和更确切的计算要求, 在基于微平面原理的纤维模型中加入了偏心混凝土规则, 但是此类模型面临的计算上的复杂性是比较难以解决的。
非经验模型MCFT能够对钢筋混凝土性能提供稳定精确的模拟, 但只适用于单调加载, 在此基础上通过应用新的截面方程将其扩展到反复加载。但是也需要解决计算复杂和数值稳定性的问题。
损伤原理被应用于纤维梁单元, 要准确地考虑在反复荷载下不同荷载的耦合, 必须使用新的二维或三维损伤机理。其在处理应变软化的方面有其独到之处。
通过上面的介绍可以看出:很难用一个万能的模型来对所有的结构进行受力反应的模拟, 因此根据研究目的选择或改进一个合适的模型是比较重要的。在选择模型时可以考虑以下几点:研究目的的限制, 剪-弯-轴力耦合的准确性, 以及基于此模型所设计的程序的计算效率
摘要：本文主要介绍了现在国外使用较多的考虑剪切效应的纤维模型, 包括这些模型的来源、算法、适用范围、存在的缺陷和改进过程, 并在此基础上提出根据具体情况选择合适的模型进行研究。
关键词：剪切,钢筋混凝土,纤维模型
参考文献
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剪切模型 篇2
（一）加强基层基础建设，维护社会和谐稳定职能进一步发挥
我局始终坚持“强基层，树形象，重创新，办实事”的工作理念，坚持工作重心下移，大力加强司法所、调委会规范化建设，扎实开展各项基层司法行政工作，为民办事，维稳促谐，服务经济社会科学发展，树立良好基层司法行政形象。
1． 抓基层，重提高，扎实开展司法所规范化建设。积极配合县人大常委会组成的调查组对我县基层司法所工作情况的调查，针对调查组指出的问题和困难，制定整改方案，并切实落实执行，做到“标本兼顾，纠建并举，规范提高”。认真贯彻落实关于加强两个规范化建设文件精神，实行局领导干部和法律服务机构挂钩联系重点司法所建设的制度，加强对挂钩司法所的建设及业务工作的指导和帮助协调解决实际问题；建立规范化建设督查制度，对规范化建设进展情况进行跟踪、检查并及时通报，有效地加快建设速度、质量；完善司法所双重管理机制，使之更好地服从司法行政工作全局，又有效地服务当地党委、政府的中心工作。
2． 抓机遇，重落实，实现副科级所长配备零的突破。省委常委《会议纪要》和闽司（2006）147号文件的出台，给各基层司法所队伍建设带来了新的发展机遇，我局紧紧抓住这一时机，狠抓落实，经过组织推荐、民主推荐，民主测评、组织考核，并积极争取 县委的重视与支持，实现了副科级司法所长配备零的突破，有7名基层司法所长被确认为副科级干部。
3． 抓创新，重大局，开拓基层司法行政工作新领域。依靠创新，主动融入，积极延伸新的工作领域，把司法行政工作各项职能向工业园区，重点项目，重点工程等延伸，更好地服务我县经济发展。一是靠前服务。去年9月以来，从局长、副局长到基层司法所人员等10多位司法行政干部被抽调参与土地征控、高速公路建设、古田会议旧址建设等重点项目、工程的建设工作。被抽调的同志充分发挥具备调动司法行政资源、拥有调解工作技能、善于做群众工作等优势，为推进我县重点项目、工程建设作出了成绩。二是延伸工作网络。针对我县工业集中区征地、环保、劳资等矛盾纠纷多，部分企业管理人员依法管理意识淡薄，法制宣传、人民调解、安置帮教、法律援助、法律服务等工作亟待跟进，而乡镇司法所人少事多难以顾全工业区工作等问题，我局解放思想，先行先试，努力探索司法行政服务企业工作的新思路，向县委、县政府提出在上杭工业园区、蛟洋工业集中区设立司法所的建议，为司法行政贴近企业、靠前服务搭建平台，主动融入服务中心工作。在县委、县政府主要领导的重视和有关部门的大力支持下，今年9月县编办批复同意在上杭工业园区和蛟洋工业集中区成立办事处，作为设立司法所的过渡形式。办事处设立后，工作人员及时到位，并深入工业区企业熟悉环境和了解企业、员工的情况；建立健全各项规章制度并规范上墙；开展矛盾纠纷排查调处、法制宣传教育、法律服务和法律援助 工作。办事处进驻2个月以来，各开展矛盾纠纷排查活动4次，共排查调处矛盾纠纷30多件；开展法制宣传讲座6次，印发法制宣传资料5000余份；提供法律援助咨询服务20余次；推介法律服务机构担任企业法律顾问10家。企业管理人员及员工的法律意识进一步提高，征地纠纷、环保、劳资纠纷得到及时调处，法律服务工作大为加强，工业区呈现稳定和谐气象。
4．抓规范，重调处，扎实开展人民调解工作。一是完善调解网络，夯实人民调解工作基础。及时调整充实县、乡（镇）指导人民调解工作协调领导小组成员、联络员；对不胜任工作的村（社区）调解主任、调解员和考核不称职的首席调解员进行调整。二是加强培训，提高人民调解业务水平。不断完善调委会主任、业务骨干培训制度，对全县村（社区）支部书记、主任进行法律知识、人民调解技能等方面的培训；健全完善与法院联合培训人民调解员制度和机关干部挂钩乡镇培训制度，县人调办、各乡镇分别组织开展了综治协管员、人民调解员业务培训工作；开展调委会调解文书质量季度检查评比和“岗位练兵”活动，提高调解人员的实际操作能力。三是组织开展人民调解示范活动。我局以开展“十百千万”人民调解示范活动为契机，进一步完善矛盾纠纷排查调处工作考核机制，规范做好调解员队伍建设、调解工作培训、调解格式文书制作等工作，推动全县“十百千万”人民调解示范活动工作方案的全面开展。四是扎实开展矛盾纠纷排查调处工作。组织开展全国、省、市、县“两会”，北京奥运会等重大活动期间的矛盾纠纷集中排查调处活 动，围绕当地党委、政府中心工作和人民群众关注的热点难点问题，坚持每月一排查，每季大排查的定期排查制度，同时针对矛盾纠纷易发时期开展专项集中排查活动。坚持每月调解主任例会制度，及时反馈排查情况，对可能转化为重大矛盾纠纷的隐患进行分析，掌握倾向性苗头，及时组织相关人员提前介入，将矛盾纠纷预测工作做在预防前，预防工作做在调解前，调解工作做在激化前，有效促进了基层社会的和谐发展。
5．抓排查，重管理，扎实开展安置帮教工作。认真开展刑释解教人员排查清理专项活动，各级帮教组织根据刑释解教人员的实际情况，认真落实帮教措施，对农村籍人员全部落实了责任田，对城镇人员进行就业指导、培训，提高了就业率；对符合低保条件的回归人员，予以落实低保救济措施，做到了应保尽保。努力探索刑释解教人员安置帮教工作新途径，组织县、乡、村（社区）帮教人员前往闽西、永安、清流等监狱开展“故乡在呼唤”谈心帮教活动，使其顺利回归社会。
6．抓平安，重和谐，扎实开展平安建设工作。积极参与综治、平安建设工作，认真做好来信来访、涉访涉诉、重信重访工作，变被动接访为主动下访，了解实情，俯身倾听诉求。开展局长接待日活动；组织律师参与县委、县政府领导信访接待日活动，引导当事人依法表达诉求；引导律师、基层法律服务工作者主动介入重大矛盾纠纷调处，进行依法调解，依法维权，避免矛盾进一步激化；积极开展农村留守人员“疏导工程”建设活动，做好农村留守人员的 摸底、建档、信息报告、挂钩联系帮助、纠纷排查调处等工作，实现留守人员的“六有六无”目标，维护社会安定稳定。
（二）落实“两个”规划，普法依法治理工作进一步推进
以深化普法提高全民法律素质为基础，以基层、行业、区域三项治理为重点，以严格行政执法为核心，认真贯彻实施“五五”普法规划和依法治县第二个五年规划，努力创新，构筑普法依法治理平台，造就良好的法治环境。
1．突出重点，措施得力，全面加强法制宣传教育
一是强化以领导干部为“龙头”的法制宣传教育。县委理论学习中心组带头坚持集体学法制度；县人大常委会推行干部任职前的法律知识考试；县委组织部把法律知识作为公开选拔领导干部以及后备干部资格考试的重要内容之一；县委党校把法律知识列入干部培训必修内容。2003年至今，全县每年1万余名公职人员参加了统一集中的学法考试，领导干部学法用法工作迈入经常化、制度化、规范化轨道。
二是推进以农民为“重点”的法制宣传教育。一是继续加强村（居）民法制学校建设，促进农村学法经常化。二是培育才溪等乡镇片区法制宣传服务站，利用部分村主干（联络员）兼任乡村医生，医疗点具备流动人员多、信息灵的优势，在其医疗点设立法制宣传服务站，建立挂钩联系制度，开展法律宣传咨询服务。三是利用村（社区）离退休干部活动中心、农技服务中心及文化大户等阵地，切实开展适用法律法规知识的宣传，把法制宣传主动融入到科技推广、社会主义新农村建设等工作中。四是结合社会主义新农村建设,开展以“法律进乡村，共建新农村”为主题的法律服务机构结对帮扶新农村普法示范村活动，通过结对子，抓共建，做到依实情、出实招、办实事、求实效，促进法律进乡村取得成效。五是抓好以村干部为“龙头”的法制宣传教育。今年，在全市率先组织全县村（社区）支部书记、主任和农村“六大员”共3000余人参加全市统一的学法并进行了考试，促进村（社区）干部学法工作，提高他们的法制意识和依法管理农村（社区）、服务村民居民的能力。
三是加强以青少年为“中心”的法制宣传教育。针对青少年群体不同的生理、心理特点，开展了针对性强、形式多样的教育活动。建立县青少年法制教育基地、预防青少年犯罪警示教育基地、法制宣传园地等阵地；开展十万学生带法回家、暑期“法在身边”法制夏令营等活动；县法制宣讲团、政法关工委巡回到全县中小学校举办法制讲座；城区中小学还举办了“电力杯”法律知识竞赛、法制文艺晚会等；团县委、教育局、国土局、司法局联合举办了“国土”杯亲子互动青少年法律法规知识竞赛，组织了全县初中阶段的近2万名学生及家长共同参赛让亲情和学法在互动中获得双赢，增强了师生及学生家长的法律意识和法制观念。2008年，县检察院、教育局等单位投入10余万元在上杭一中建立了青少年警示教育基 6 地，通过图文并茂的图片展等警示教育，提高了广大师生的学法用法守法的意识。
四是深化以企业管理人员和外来务工人员为“基点”的法制教育。深入上杭工业区等企业相对集中区开展“送法进企业”系列活动，县劳动局组织20家企业开展保证按时足额支付劳动工资承诺签字活动，县检察院编发《检察官与企业家》工作通讯，免费赠送全县大中型企业。
五是抓好以各类活动为“契机”的法制教育。全县各级各部门结合各自实际，以“法律六进”活动为有效载体，不断开拓普法宣传教育新路子，把“五五”普法引向深入。县妇联在“三八”节期间，开展了“深化妇女普法教育，促进妇女权益维护”为主题的妇女维权周活动；国税局开展了“依法诚信纳税，共建和谐社会”为主题的税收宣传月活动；县卫生局、工商局、技术监督局等开展食品卫生宣传周和“3.15”消费者维权日活动；“12.4”治县办组织成员单位开展送法下乡等系列活动，进一步提高了广大居民的法律意识和法律素质，有力地推进了“平安上杭、和谐上杭”建设。
2．努力探索，大胆创新，建立“普治并举”的综合行政执法工作机制
一是进一步调整充实综合行政执法力量。今年5月，县委、县政府调整综合行政执法协调领导小组领导人员，由县委分管政法副书记担任组长，由县政府分管副县长担任常务副组长，并增加县委 常委、县人武部长为领导小组副组长，人武部副部长为办公室副主任。同时将县民兵应急值班分队列入综合行政执法力量的补充。
二是进一步完善行政执法协调机制。重点突出协调整合、统分有序的工作机制，通过灵活的协调机制，更好地实现由多头分散执法向集中综合执法转变，更合理地配置了人力、物力以优化行政执法资源，避免了多头执法、重复执法或者互相扯皮推诿现象。
三是进一步推进普治并举，提高依法执法效能。①把行政执法人员作为普法工作对象的重中之重抓好，组织部分综合行政执法人员参加行政执法资格考试，加强培训时法律法规政策的学习，从而保证行政执法人员的法律素质并不断提高。②按照普法依法治理的要求，对行政执法依据进行定期梳理，严格按照实体和程序两方面要求进行执法，规范行政执法行为。加强制度建设，建立行政执法责任制和评议考核制等，健全政务公开和听证制度，把严格依法执法作为单位普法依法治县的考评依据，促进综合行政执法工作健康发展。③坚持将普法宣传作为行政执法的基础和前提，又作为行政执法的手段、方式，从而丰富了行政执法的方法和技巧。组织局机关干部、当地司法所人员和乡（镇）村（社区）调委会人员以及法律服务人员做好相关法律、政策宣传，作为行政执法基础和前提，尽量多地取得行政相对人理解支持。要求执法队员同时也是法制宣传员，坚持以人为本，以理服人，切实发挥矛盾化解机制和普治两方面的作用，最大限度地减少了阻力，提高行政执法效率。
不断探索综合行政执法机制，使普法与依法治理工作有机结合，“在执法中深化普法，在普法中促进执法”工作理念得以实施，提升了我县法治化管理水平，促进了经济和社会发展环境不断改善。
（三）关注民心服务民生，法律服务进一步加强
重视工作创新，关注民心服务民生，畅通弱势群体申请法律援助绿色通道，落实便民利民措施，加强法律服务、法律援助工作监管，提高法律服务效率和服务水平。
1.关爱社会弱势群体，开辟法律援助新的绿色通道。在 “解放思想，先行先试，加快发展”主题实践活动中，我局将法律援助作为突破口，在原有2个法律援助绿色通道的基础上，与县计生局、县妇联深入调查研究，制定方案，在全省率先为7027户农村独生女户、二女结扎户、农村计生工作贡献户开辟法律援助绿色通道。同时，我局积极争取政府增加对法律援助的财政投入，建立县级法律援助基金，扩大法律援助受援面，不断提高法律援助办案质量和效率，使法律援助成为政府的“民心工程”，成为司法行政部门服务民生、促进社会和谐的重要窗口。
2.落实便民利民措施，建设法律服务大厅。为更好地服务人民，方便群众办事，接受社会监督，我局将办公楼一层出租的店面收回，用于建设多功能、综合性、一体化的法律服务大厅。法律服务大厅设有法律援助、“148”指挥中心、法律服务管理股、县中心法律 服务所、政法“五长”接待室和局长接访室多个服务窗口，采取面对面的服务，集法律援助案件办理、法律咨询、法律服务、来人接访、法律服务工作管理于一体，极大地便利了群众办事。
3．加强监督管理，提高法律服务、法律援助水平。进一步加大对公证、律师、基层法律服务工作者的监督管理力度，深入开展十七大、十七届三中全会精神学习和社会主义法治理念教育，进一步端正执业思想，增强诚信为民和服务大局观念。组织律师参与县委、县政府领导信访接待日活动；组织律师、基层法律服务工作者主动介入重大矛盾纠纷调处，积极引导其依法调解，依法维权，避免矛盾进一步激化，防止上访事件发生，及时有效地化解矛盾纠纷。开展“法律服务执业评查活动”，严格规范公证、律师服务项目秩序，规范办证、办案程序，规范公证处、律师事务所的运行机制。坚持每月组织公证员、律师对每起案件进行互查，确保案件质量。开展援助申请延时服务和上门服务等便民措施；加强法律援助案件质量监管，健全对案件事前、事中、事后监督相结合的质量监督体系，确保案件质量，切实维护受援人的合法权益。
（四）狠抓队伍建设，司法行政形象进一步提升
一是加强领导班子建设。按照“加强学习，促进团结，工作带头，廉洁自律”的要求，加强局领导班子建设。加强对新上任副科级司法所所长的跟踪考察，坚持对县管副科级后备干部的动态管理，大力培养优秀年轻干部，不断优化局机关和基层司法所领导班 子年龄、知识、专业结构。全面落实党风廉政建设工作责任制，认真落实领导班子“一岗双责”责任制，积极开展各项警示活动，提高领导水平和防腐拒变能力。严格执行四大纪律八项要求，强化自律意识，确保领导干部廉洁自律。
二是重视机关党建工作。县委高度重视司法行政工作，在司法局成立党组并设监察室。我局抢抓机遇，按照上级的要求部署，切实加强党对司法行政工作的领导，积极开展党建工作“三级联创”活动，实现党建业务互帮互助，工作资源互补共享，共同提高党建和业务工作水平，构建党建联创工作的长效机制。
三是组织开展学习教育活动。积极组织开展“大学习、大讨论”和“高举旗帜，忠诚履职，树立严格公正文明执法形象”等教育活动，组织开展学习讨论、撰写心得体会、举办理论知识问答测试、开展先行先试建言献策活动等，进一步加强司法行政队伍的思想政治建设和作风建设，树立和提高服务意识、公仆意识，切实增强事业心和责任感。
四是加强机关效能建设和精神文明建设。以“廉政、勤政、务实、高效”为目标，大力加强机关效能建设，进一步完善了基层、机关目标管理考评方案和廉政、考勤等十项机关管理制度，认真开展政风行风评议和效能建设工作，聘请了曾宏等3位同志为我局政风行风评议代表和效能监督员，向社会发函征求对我局政风行风和效能建设的意见，并对存在的问题加以认真整改。深化政务公开工 作，根据国务院《政府信息公开条例》要求，组织做好2007年以来我局应当主动向社会公开的文件材料的收集工作，编制向社会公开文件的目录和查询指南；对外公开法律服务项目，及时公开物资采购、重大决策等项目，以公开促进公正，提高工作效能。
剪切模型 篇3
1 剪切位移法简介
剪切位移法是Cook于1974年提出, 把桩身和桩尖变形分别计算。对于桩身不划分, 由于桩上荷载的作用是周围土体发生剪切变形, 而剪应力又通过桩侧周围连续环形土向四周传播, 然后考虑两个变形相容条件, 求解桩的轴力, 位移和摩阻力等。
1.1 对于均质土的情况, 如图1所示
(1) 桩侧土的位移方程
受荷桩身周围土体的变形可以理想的视作为同心的圆柱体。这一假定的正确性已被Cook (1974) 桩的实验所证实。从圆柱体内取一个微分体, 根据弹性理论可写竖向平衡微分方程式:
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由于桩身附近处的剪应力τ的增加远大于竖向应力σz, 因而略去undefined项后, 方程可以写为:
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用分离变量法可以求得该方程的解为:
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式中τ0, r0分别表示桩侧土表面处的剪应力和桩的半径。
由弹性理论几何方程, 剪切变形表达式为:
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在根据轴对称课题的物理方程, 则有:
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把式子 (3) , (5) 代入式子 (4) , 略去undefined项, 可以得出:
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两边积分后可以求得地表下任一深度z处水平面上的竖向位移:
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w (r, z) =0 (r>rm) (8)
式中:w——为土的竖向位移;
Gs——桩身范围内土的剪切模量;
r——离桩轴线的水平距离;
rm——剪切变形可忽略的范围取;
1.2 桩端刚度的计算
将桩端作用在土体上的力视为在半无限弹性体内作用着的一个桩截面形的均布荷载, 忽略桩端以下土体的不均匀性对其竖向应力的影响, 利用明德林解的积分来求得桩底部正下方任意一点处的竖向附加应力, 然后利用分层总和法求得该均布荷载作用在桩底平面处所产生的竖向位移, 具体做法如下:
在桩土相互作用模型中, 将桩端作用于桩底土的作用力视为一个均布荷载P, 如图2所示。
当桩截面为圆形时, 在桩截面范围内对其进行明德林解的积分就可以求得均布荷载P在桩底部以下的第j层土顶部, 底部和中间点处产生的竖向附加应力分别为[5]:
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式中:zt=h-0.5hj;
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undefined
zm=h;
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zb=h+0.5h;
undefined
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R0——为桩的半径。
假定竖向附加应力按照二次分布, 则可以求得在该层内土体的平均竖向附加应力为:
σzj= (σzjt+4σzjm+σzjb) /6 (12)
求得P所引起的该层土体压缩量为:
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进而可以求得桩底压缩层范围内的总沉降量为:
undefined
其中n为桩底到压缩层底部土被划分的层数, 进而可以求得桩底土的柔度系数为:
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可压缩性桩的解析表达式
由于桩身位移s和土的位移w相等, 单桩荷载传递的基本微分方程:
undefined
式中:s——桩身的竖向位移;
τs——桩侧摩阻力;
U, E, Ap——分别为桩截面周长, 桩截面面积和桩的弹性模量。
可以用下式来表示:
undefined
其中:undefined
上式为常系数齐次微分方程, 其通解可以表示如下:
w=Aer1z+Ber2z (17)
式中:A, B——为待定常数:
undefined;undefined
进而桩身轴力的方程可以由荷载传递的基本微分方程写为:
undefined
将式子 (17) 、 (18) 写成矩阵的形式可以得出:
undefined
上式可以简写为:
undefined
若讨论长度为l的桩段, 可以分别写出该段顶部和底部处的位移和轴力方程:
顶部:
undefined
底部:
undefined
消去A, B:
undefined
式中的[T]——变换矩阵, 其值为:
undefined
(均质土情况)
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undefined;undefined
2 层状土体中单桩的计算
多层土中的单桩示意图, 如图3所示。
对于第i段桩, 有:
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对于第i-1段桩, 有:
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由于桩变形的连续性, si-1, B=si, t;pi-1, B=pi, t, 式子 (24) 、 (25) 可以简写成:
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所以对于桩顶则有
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取不同的桩端沉降量, 由式子 (22) 可以得出不同的桩端轴力, 再由式子 (25) 便可以得出不同的桩顶荷载和位移, 这样便可以绘出单桩的p-s曲线。
3 工程实例
本工程位于长阳路与河间路之间, 为长阳新苑二期1号房预制桩静载试验。其桩型为钢筋混凝土打入桩, 桩的截面尺寸为0.3m×0.3m, 在计算时根据面积等效的原则将其转换为半径为0.17m的实心圆桩, 桩长为19.2m, 桩尖持力层为第五层粉质粘土, 设计承载力为350kN, 桩身的混凝土强度等级为C35。
该地方的地质资料, 见表1。
在计算中关于土的弹性模量, 分别取2.5倍、3倍和3.5倍的压缩模量分别进行了计算, 其计算结果, 如图4所示。
4 结论
在加荷初期的方法可以取得较好的结果。由于在计算中没有考虑土体的塑性和非线性, 因而在桩基周围土体在进入塑性阶段以后, 计算结果和实测数据有着较大的差异。但是可以看出, 在桩基的设计承载力范围之内该方法还是可以较好的预测桩基的沉降, 因而用该方法来计算单桩在正常工作阶段的沉降量还是可行的。
参考文献
[1]朱百里, 沈珠江.计算土力学[M].上海科学技术出版社, 1990:235-239.
[2]胡德贵, 罗书学, 赵善锐.分层土中的单桩沉降[J].西南交通大学学报, 2000, 35 (5) :492-495.
[4]肖宏斌, 钟辉虹, 王永和.多层地基中桩的荷载传递分析[J].中南工业大学学报 (自然科学版) , 2003, 34 (6) :687-690.
《文字的剪切和复制》说课稿 篇4
一、说教材
《文字的剪切和复制》这一课是科学出版社九年义务教育小学实验教材《小学信息技术》第二册（下）的第四课，这一课分两课时。今天我说的是第一课时的内容。它是学生提高文字编辑效率的重点、建立电子小报的基础。根据教材的目的和特点，我确定以下教学目标：
知识目标：
1、使学生认识理解剪切和复制的方法。
2、理解剪切和复制的区别。
能力目标：
1、掌握对文本进行选取、移动和复制操作。
2、培养学生的分析、观察能力，学会自学的方法。
3、初步培养学生综合编辑的能力。
情感目标：
鼓励学生与人合作、互相启发、共同完成学习任务。
教学重难点
重点：掌握文本的移动与复制的操作技能。
难点：复制与剪切的区别。
二、说学生
四年级小学生有特定的心理特征：好玩、好问、好奇，他们对理论性强的知识点不易理解，对具体的操作较容易接受，对通俗易懂的语言比较容易理解。在学习本课之前，他们已学会输入文字、对菜单和工具栏进行操作、文字插入和删除操作。
三、说教法与学法指导
本课综合选用讲练结合、启发式教学、演示法等教学方法，以启发式教学法为主，把“自主学习——尝试”的思想渗透在整个教学过程中，使学生在明确目标任务的.前提下，充分发挥主体作用，发现方法、解决问题，最大限度地发挥学生的学习积极性。根据信息技术学生操作性很强的特点，在讲完一个知识点后，及时做相应的练习，以巩固所学内容。在理解剪切和复制的区别时，我用动画课件来演示讲解，帮助学生理解。
在这节课中我注重学生思考和实践操作，学生通过观察演示、小组合作来解决自己所碰到的问题。本课教学中，力求发挥学生的主体功能，激发他们积极参加学习的主动性，引导学生质疑问难，成为学习的主人。
四、说媒体
1、学习材料和资源：绕口令、Flash课件。
2、设备：多媒体教学软件、投影仪。
五、说设计
在教学中，围绕教学的重点和难点，调动学生的主观能动性，发挥学生的主体作用，我把教学过程设计为以下几个阶段：
（一）创设情境、引出课题
（二）引导学生自主、探究学习
（三）解决学生质疑、突破难点
（四）练习巩固、体验乐趣
具体阐述：
（一）创设情境、引出课题
首先我用投影仪展示绕口令“吃葡萄不吐葡萄皮，不吃葡萄倒吐葡萄皮”，组织大家来玩游戏——说话和打字的速度哪个更快?在游戏中，选两名学生进行绕口令，其余同学观察老师用电脑输入绕口令。由游戏结果可引入本课课题——文本的移动与复制。
[教学意图] 通过游戏来激发学生的学习兴趣，告诉他们本课学习的内容和任务。
（二）引导学生自主、探究学习
围绕教学目标，我带领学生进行自主、探究学习新的知识。
（1）在对一段文字进行复制操作之前，首先要选定这段文字。提问学生知道怎样选定文字？用什么方法来选取？有哪些的方法？让大家参照书上内容。两个同学一组互相讨论学习。从理解到实践有一定的距离，学生可能会有困难，然后由我用简要的词语阐述操作步骤、示范讲解，并提醒学生需要注意的地方，比如在文本区再次单击鼠标左键可以取消选定。然后，让学生打开文件名为“任务书”的文档，以报听写的形式选中自己听到的词语或句子，并注意学生反馈。
（2）由于我事先故意将绕口令个别词语或句子顺序颠倒，学生在刚才的“报听写”中可能已经发现这个问题，或者由我提示学生，请求学生该怎么办？用什么方法解决？让学生思考解决问题的方法。学生已掌握文字插入和删除，他们可能会说先删除后插入的方法。然后我用板书来提示文本移动的步骤：选取文本——剪切——光标定位——粘贴，并演示说明“剪切”和“粘贴”功能都在“编辑”菜单里。让学生尝试操作，老师巡视观察，适当指点。提问学生还有哪些方法，比如使用菜单、常用工具栏中的按钮、右键等。
（3）既然文字已经修改正确了，现在我们就可以复制了。板书出示文本复制的步骤，通过板书上文本移动和复制的步骤相比较，让学生自己去尝试操作。提问学生，文本的复制是否也能象移动那样有多种方法。
[教学意图] 尊重学生的个体发展，让学生进行自主探究学习，使学生主动、积极的学习新的知识，培养他们的自学能力。通过练习，加强学生的操作，从反馈中我也了解学生对文本选取的掌握程度。
（三）解决学生质疑、突破难点
小学生好奇心很强，对新事物会有很多疑问，我让学生自由发问所碰到的问题，并针对他们的问题进行解答。提问大家绕口令进行剪切和复制的操作，在没有进行粘贴之前，计算机把绕口令放在哪里?文本的剪切与复制有什么区别？接着我用一个Flash动画课件来展示：文本移动过程就象一本书放在书包里从家里带到学校一样，而复制就象印章一样，先把文字刻在印章上，然后印章就可以不断盖出相同的文字。也就是说，书包和印章都起到一个中转站作用，电脑里的这个中转站我们是看不到的，这就是所谓的“剪贴板”。剪切是删除选中的模块，并把此模块放在剪贴板中。复制是把选中的模块放在剪贴板中，不删除任河内容。这就是两者的区别。
[教学意图] 让学生自由讨论，培养学生的分析、比较能力，通过书包和印章的形象比喻，引导学生认识“剪贴板”的作用，突破教学难点。
（四）练习巩固、体验乐趣
在这一环节我设置了两个任务：第一、将26个字母按字母顺序排列(用鼠标完成)，第二、综合运用文字移动和复制操作，按照书上第31页，把《电脑歌》补充完整，并将完成的任务保存在“网上邻居/teacher/‘我完成了’文件夹”。这环节中，有一部分同学可能先完成，让他们充当“小老师”的角色，帮助有困难的同学。
[教学意图] 鼓励学生将自己探索到的、通过自学等得到的知识，主动地运用到新问题的解决上，巩固文字移动和复制操作。将学生任务完成情况直接用投影仪显示，使完成任务的同学感到自豪，同时激励还没完成任务的同学。初步培养学生综合编辑的能力。
六、说小结
在小学信息技术的教学中，更多的是培养学生操作能力，让学生在轻松有趣的学习中，掌握知识点，培养自学能力。因为信息技术知识在不断更新，所以我注重培养学生自学能力，强调把学生学习的主动性放到首位，提高综合运用能力。老师利用板书进行归纳总结，通过总结使学生的知识系统化。通过本课的学习，学生基本上可以完成了知识目标、情感目标和能力目标，掌握了移动与复制文本的操作方法及技能，培养学生的自主学习能力及大胆探索、相互协作的精神。
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剪切模型 篇5
1 纳晶镍剪切带内的微观变形机理
本工作对纳晶镍进行了TEM原位拉伸实验。TEM型号为JEM-200CX, 首先, 把纳晶镍加工成矩形试样 (9.0mm长, 3.0mm宽, 0.055mm厚) , 并在此试样两端开有小孔 (洞的直径1.0mm, 中心距为5mm) 以便施加载荷。然后利用MTP-1A磁力驱动双喷射电解减薄器对该矩形试样减薄, 在中心穿孔, 电解液为体积分数25%的硝酸和体积分数75%的无水乙醇, 液氮冷却。最后, 把试样固定在透射电子显微镜下对其逐步增加载荷, 观察试样内微结构的变化
图1为在拉伸过程中电沉积纳晶镍内一组晶粒在大应变条件下的TEM照片。从中可以观察到晶界扩散的证据, 这种扩散是由晶界滑移和晶粒的合并共同来承担的。图1 (a) 是这组晶粒的初始状态, 此时应变为4.8%, 在此状态中, 由位错堆积而产生的应力场会在晶界处形成一个化学势梯度, 这种化学势梯度促使晶粒内原子从晶界的一侧向另一侧扩散[19]。随着应力的增加, 白色箭头标记的颗粒群在化学势梯度的推动下开始迁移。当应变达到5.8% (图1 (b) ) , 晶粒群开始和另一晶粒接触, 这表明随着原子的扩散, 晶粒之间有了合并的趋势, 这一点在WEI等的研究结果中也有报道[20]。随后, 如图1 (c) 所示, 当应变达到6.4%时出现晶粒合并, 这可能就是局部大塑性变形能够导致纳晶材料软化的原因。随着应力的进一步增加, 则有更多的晶粒滑动/攀升和合并 (图1 (d) ) , 这表明剪切带快速地形成。图1 (e) 给出了晶界扩散和晶粒合并的演化方向, 可见晶界扩散和晶粒合并的方向与DIC实验中观察到的剪切带的演化方向以及剪切带的倾角比较接近。该结果表明晶界扩散是随着晶界滑动/攀升的进行而产生, 最终导致晶粒的合并, 这在局部剪切中有重要的作用。
(a) 应变4.8%; (b) 应变5.8%; (c) 应变6.4%; (d) 应变6.8%; (e) 晶界扩散和晶粒合并的演化方向 (a) strain at 4.8%; (b) strain at 5.8%; (c) strain at 6.4%; (d) strain at 6.8%; (e) evolution directions of grain boundary diffusion and merge of grains
2 剪切带演化发展的多尺度模型
根据TEM原位拉伸实验观察, 在明显塑性变形阶段晶界位错机制首先是塑性变形的主要承担者。然后, 随着应变的增加, 由位错滑动/攀移承担的晶界扩散机制逐渐增加, 并最终导致晶粒合并, 促进了剪切带的发展。因此, 在优化剪切带的本构模型过程中, 晶界位错机理和晶界扩散机理的相对贡献需要明确。本工作引入一个表示这两种微观机制在剪切带的发展过程中的相对贡献的重要动态参数Ψ。因此, 在局部剪切过程中的应变率6) εvp在给定的压力σ下可以被写为:
式中:分别是晶界扩散和晶界位错对剪切带发展贡献的应变率, 是晶界滑动/攀升和晶粒合并的应变率。
2.1 剪切带内由晶界位错主导的应力应变关系
对拉伸断裂后的纳晶镍试样断口附近的微观组织进行了TEM观察, 如图2所示, 从中可以看出一些位错堆积在纳晶镍内晶界内部, 这表明位错滑移将会在晶界内活动。
同时, WEI等[21]和ZHU等[22]认为:在纳晶材料中位错将由完全位错向部分位错转变。因此, 本工作认为纳晶镍剪切带演化过程中的塑性变形机理由晶界部分位错滑移逐渐向晶界扩散机制转化, 直至晶粒合并的出现。在剪切带变形的初级阶段, 部分晶界位错占主导地位, 是纳晶材料塑性变形的主要承担者。在理想的晶界位错沿晶界滑移的过程中, 完全位错的伯格矢量用部分位错的伯格矢量来代替, 记为其中, b为完全位错的伯格矢量。根据位错密度理论, 由位错控制的塑性应变率可以由公式 (3) 确定[23]
其中ρ是部分位错密度, ρ0是ρ的初始值。σ0是给定温度下的材料参数。对于纳米晶金属材料, p是与应变率敏感性m相关的参数。WEI等[24]证明, 应变率敏感性是和晶粒尺寸d和温度T密切相关的。因此, 参数p可以表示为
其中kB是玻尔兹曼常数, φ是移动位错扫过的距离, d为晶粒尺寸。χ, α和β是材料常数。在晶界位错机制中, 位错密度ρ演变是由两个动态过程决定的:无热位错储存量ρ+和位错的湮灭量ρ-。在一个给定应变εd下, 位错密度可以写成:
Capolungo等[25]提出了位错无热存储模型[26]。根据此模型部分位错密度的演变随着应变的变化可以表述如下:
式中:M和υ分别是泰勒因子和比例因子, k20为常数, q是与温度成反比的常数。
2.2 剪切带内由晶界扩散机理主导的应力应变关系
根据实验结果, 随着应变的增大, 剪切带内的部分位错滑移机制逐渐停止, 而晶界控制的机理———晶界扩散对剪切带的发展贡献越来越大。基于原位TEM实验观察结果, 可以认为剪切带内晶界扩散机理由晶界位错的滑移/攀移和晶粒合并来承担。图3给出了由位错的滑移/攀移和晶粒合并共同控制的晶界扩散机制示意图。此变形机理是剪切带发展的重要驱动力, 这个过程可以阐述如下:如图3 (a) 所示, 首先经过大应变下的位错堆积, 两组位错在晶界处形成一个位错墙 (晶界AB) , 然后这两组位错分别在应力引起的化学势梯度作用下沿着各自的滑移系从晶界的一侧滑移到另一侧, 并且这两组位错在晶界另一侧攀移而重组。此过程伴随着原子的扩散, 从而使原子穿过晶界黏附在另一晶粒上, 这促使了晶界的迁移。与此同时, 晶界迁移扫过的区域内 (ABCD) , 形成一种特殊的旋转位移[27]。这是一个特殊的旋转扩散变形, 它能使该区域的晶格方向逐渐倾向于剪切带方向, 如图3 (b) 所示, 从而导致了晶粒的长大。因此, 晶界扩散过程诱发晶粒长大并促进了剪切带传播。
(a) 两组位错通过滑移/攀移引起的晶界迁移; (b) 特殊的旋转扩散诱发晶粒长大 (a) grain boundary migration accompanied by the sliding and the climbing of dislocations; (b) a special rotation mechanism induces the grain coalescence
本工作认为晶界的滑移和攀移是通过扩散流动调节的, 相应的方程可以写成
其中η′i是一个动态黏性系数, 它代表晶界滑动变形的黏性行为, σp是门槛应力。在方程式 (7) 中, η′i与d、扩散系数Db有关, σp主要取决于晶粒尺寸大小d。Ashby和Verrall[28]假设晶界位错密度与所施加应力成正比, 并给出了纳米晶体材料晶界滑移的模型:
其中Γ是晶界能量, A是常数。通过比较方程 (7) 和方程 (8) , 可以发现
这样, 在方程 (7) 和 (9) 可以作为由晶界滑动和攀移主导的应力应变关系。
文献[29, 30]表明:纳晶材料晶粒的合并与长大需要的应力相当大。由于晶粒的合并与长大主要发生在剪切带内, 且此过程与剪切应力相互耦合, 使剪切带发展过程中晶粒合并和长大的启动应力相对较小。同时, 此过程还涉及了一种旋转变形, 这种旋转变形也使得晶粒合并与长大的启动外加应力不会很高。Romanov等[31]利用了旋转位移的能量和旋转极子之间的相互作用能理论提出一个晶粒合并的临界剪切应力, 相应方程为:
式中:G是剪切横量, ν是泊松比, α′是位错芯参数。
从原子尺度来说, 晶界合并过程和晶界化学势梯度导致的晶界处原子缺失有关[20]。本工作假设晶粒合并的基本过程是原子从晶界的一个界面到另一个界面的热激活跳跃过程。对于在准静态变形的纳晶金属, 应力驱使下的原子跳跃可以认为是原子的快速扩散过程[32]。这样, 晶粒合并对纳晶晶体整体塑性流动速率的影响可以表示为
式中:δ是晶界厚度, Ω是原子体积, B是常数。
2.3 动态参数ψ的确定
FEDOROV等[33]认为晶界滑移可以将硬三晶交点转化为软三晶交点, 当这一过程发生在某些局部区域时, 纳晶金属材料的塑性流动不均匀变形机制将会出现, 即为剪切带化现象将发生。本工作沿用软硬三晶交点的概念, 把动态参数Ψ定义为在给定区域内软三晶交占整体三晶交的比例, 则1-Ψ就是硬三晶交占整体三晶交的比例。为了定量描述动态参数Ψ的演变, 本工作描绘了对应于图1中原位拉伸TEM显微图像 (a) ~ (d) 的拓扑结构图, 并且利用位错能量方法和特征角理论[33]确定了软硬三晶交点的个数。图4给出了软硬三晶交点在不同应变情况下 (对应于图1中显微图像 (a) ~ (d) ) 的分布图, 图中红色球代表硬三晶交, 绿色球代表软三晶交。从图4中可以看出:在晶界滑移开始时, 软三晶交点的数量分数大约是24% (图4 (a) ) 。作为对塑性变形行为的响应, 软三晶交点的数量分数随着塑性应变的增加而增加。在应变ε=5.8%, ε=6.4%, ε=6.8%时, 软三晶交点数量分数达到42% (图4 (b) ) , 60% (图4 (c) ) , 78% (图4 (d) ) , 这三幅图分别对应图1中的显微TEM照片 (b) , (c) 和 (d) 。这种现象表明:随着应变的增加, 晶界位错滑移机制和晶界扩散机制对剪切带演化发展的贡献不断变化, 晶界扩散机制对纳晶镍试样内剪切带整体应变率随着应变的增加而不断增大。
3 剪切带内应变梯度演化
通常, 连续介质应变梯度模型可由连续介质非局部模型通过泰勒级数展开而获得。根据KRONER, ERINGEN和EDELEN提出的早期非局部模型[34], 非局部塑性剪应变珔γp可以表达为其本身所对应的参数γp的加权平均, 该计算在y周围长度为L的邻域内进行, 对于本工作的一维问题而言:
式中y代表与剪切带传播方向垂直的坐标上的一点, ξ为从点y到其邻域内任一点的距离, g (ξ) 代表某一权函数, 它随ξ至y距离的增加而单调下降, 微结构相互作用的广泛程度由权函数中所包含的内部长度参数决定。取高斯分布的权函数g (ξ) 为:
式中:l为剪切带传播过程中涉及的材料内部长度参数。
将公式 (12) 中的局部剪切应变γp (y+ξ) 在点ξ=0附近采用泰勒级数展开, 考虑到各向同性假设, 将各奇次项消去并保留前二项, 可以得到
(a) 应变4.8%; (b) 应变5.8%; (c) 应变6.4%; (d) 应变6.8% (a) strain at 4.8%; (b) strain at 5.8%; (c) strain at 6.4%; (d) strain at 6.8%
将公式 (13) 带入 (14) , 本工作可以得到非局部塑性剪应变珔γp的新表达式:
由于已经通过微观本构方程确定了纳米晶体镍试样的应力-应变关系, 所以纳晶镍试样的切向弹性模量Eit (在应变软化阶段应力-应变曲线切线斜率的绝对值) 和切向泊松比νit在给定应力水平Δσi下 (相应应变是Δεi) 可以写成
式中:E, v是对应粗晶材料的弹性模量和泊松比。这样, 切向软化剪切模量 (cit) 是切向弹性模量和切向泊松比的函数, 可以写成:
因此, 剪切带传播过程中的流动切应力τi可以表示成
这里τp是剪应力峰值。将方程 (15) 代入方程 (19) , 可以得到在剪切带一点上切应变表达式:
在这里, 假定剪切带在对应应力水平σi的应变处的宽度为wi。这样, 可以得到在y=±wi/2处的边界条件γpi=0。由此, 在y轴方向上的局部剪应变可以表示为
为获得导致剪切带最快下降分支的解, 需要条件dγpi/dwi=0。这样可以分别求得最小的非平凡解wi和剪切带的局部塑性应变:
根据文献[35], 内部长度li在给定应力状态下可以表述如下:
这里ks是与晶粒大小和动态参数有关的结构参数, 可以写成
需要注意的是对于常规粗晶金属, 此结构参数的值可以认为是0, 这表明了剪切局部化对粗晶金属来说不是敏感的。由于剪切局部化的一个重要结果是纳晶金属的应力承受能力下降, 所以剪切带宽度会随着剪切带增长而扩大。
4 剪切带多尺度模型的验证
4.1 实验值与模型预测值的比较
图5给出了纳晶镍真实应力应变曲线的模型预测值和实验测试值的比较, 所用的材料参数 (纳晶Ni) 如表1所示。可以看出模型预测的应力应变曲线与实验数据在相当宽的应变范围内都吻合得很好。
比较JIA等[8]测试的纳晶Cu和本工作中纳晶Ni的剪切带化行为可以发现:纳晶Cu中剪切带的启动比纳晶Ni的要早很多, 这主要是由于两种纳晶材料的制备方法不同而造成的。纳晶Cu是采用原位固结方法得到的, 其在制备过程中已经储存了大量的位错, 因此在力学测试过程中材料不能再承担位错滑动, 从而在塑性变形刚刚开始时便进入软化阶段, 剪切带迅速出现。而在本工作利用电沉积方法制备的纳晶Ni中, 塑性变形开始阶段能够承担一部分位错滑移变形, 应力不会立即进入软化阶段, 所以剪切带不会很快出现, 只有当晶界扩散机制占主导时, 剪切带化行为才会显现。同时, 图5也显示了模型预测的纳晶镍内剪切带宽度随整体应变的发展情况, 可以观察到在软化阶段剪切带随着应力的减小逐渐扩大, 其宽度均在亚微米级。这与实验中观察到的纳晶镍中剪切带的宽度基本一致, 如图5中插入的纳晶镍剪切带的SEM的显微图片, 该显微图片中显示了一系列宽度在亚微米范围 (0.3~0.8μm) 的平行剪切带线。
4.2 晶粒尺寸对剪切带化行为的影响
纳晶金属的力学行为与晶粒尺寸有着密切的关系。CARSLEY等的研究成果[11]表明晶粒尺寸的大小对纳晶金属中剪切带的产生和生长具有明显作用。本工作选择5种不同晶粒尺寸 (10, 20, 50, 100, 200nm) 的纳晶镍作为研究对象, 分析了剪切带对晶粒尺寸的依赖性。图6显示了不同晶粒尺寸的纳晶镍在恒定应变率10-4s-1下的应力应变曲线。从图6可以发现:较细晶粒纳晶镍的应力应变曲线只表现出非常轻微的应变软化行为或者是完美的塑性变形行为。随着晶粒尺寸的增加, 应变软化的趋势越来越明显。尽管如此, 必须注意到这种行为只发生在纳米尺度范围内, 而粗晶材料将不会出现应变软化行为。事实上, 纳米结构材料的塑性变形更加不稳定, 更加易于发生局部大塑性变形, 并且在纳米尺度内, 较大晶粒尺寸的材料软化行为更强烈, 这主要是由于晶界扩散影响区的增大。
图7给出了在应变速率为10-4s-1时不同晶粒尺寸的纳晶镍内剪切带宽度随着整体应变的变化。可见, 在纳米尺度范围内, 剪切带宽度随着晶粒尺寸的增加而逐渐大, 剪切带的宽度在几微米到几十微米范围内, 这与先前的文献中报道的纳晶金属中剪切带的宽度基本一致[6,8,9]。同时, 较细晶粒的纳晶材料中剪切带的产生较早, 这主要是因为细晶粒纳晶材料中晶界扩散比大晶粒扩散发生的早且强烈, 这也就是较小晶粒纳晶材料中剪切带更清晰的原因。
为了考察纳晶材料中内部特征长度对剪切带发展演化的影响, 图8给出了不同塑性应变下内部特征长度随着晶粒尺寸的变化曲线。从图8可以看出:内部特征长度l的值在小晶粒尺寸范围内随着晶粒尺寸的增加而迅速增加, 随着晶粒尺寸进一步增大后又逐渐下降。由于l值可以代表纳晶材料内晶界扩散的强弱, 因此图8结果意味着剪切带的启动将随着晶粒尺寸的增加变得越来越困难, 直至无剪切带的发生。相反, 较细晶粒尺寸范围内的纳晶材料更倾向于发生局部大塑性变形, 即剪切带。其次, 从图8还可以看出内部特征长度l存在一峰值, 这说明对于超细晶粒的纳晶材料, 其中也不易产生剪切带, 而是在晶粒尺寸为100nm左右时, 材料的塑性变形更容易局部化。这些结果表明:当晶粒尺寸比较大时, 应变软化机制可能不再起作用, 因为较大的晶粒内很容易产生晶内位错, 并且为位错的交叉滑移留下更多空间, 这样使材料硬化从而发生均匀变形。当晶粒尺寸在100nm左右时, 内部特征长度l最大, 这时由晶界位错控制的晶界扩散机制迅速发展并占据主导地位, 从而导致剪切带的产生和发展。
4.3 剪切带内塑性剪切应变的分布
本工作的剪切带多尺度模型同样能够预测剪切带内塑性应变的分布情况。图9给出了晶粒尺寸为20nm的纳晶镍试样在应变率为10-4s-1时不同整体应变下对应的剪切带内塑性应变的分布以及剪切带宽度的变化。从此图可以清晰地看出:在剪切带内的塑性应变的分布是不均匀的, 在剪切带两个边界处应变为0, 应变随着位置趋向于剪切带中央而逐渐增加, 并且在剪切带中央剪切塑性应变达到最大值。同时, 剪切带内塑性变形的演变在初期阶段是比较缓慢的, 但是当应变达到应变软化阶段时 (应变值较大) , 剪切塑性应变迅速增加, 这表明在较大应变阶段晶界位错机制衰减作用而晶界扩散机制占主导地位。
5 结论
(1) 随着晶粒尺寸增加, 剪切带宽度也随着增加, 较细晶粒的纳晶材料中剪切带的产生较早。
(2) 在剪切带内的塑性应变的分布是不均匀的, 应变随着位置趋向于剪切带中央而逐渐增加, 并且在剪切带中央剪切塑性应变达到最大值。
剪切模型 篇6
土工膜联合防渗堆石坝在工程应用中,堆石坝在上游水压力的作用下发生沉降变形和向下游的水平位移,这一位移通过混凝土面板和无砂混凝土垫层的接触作用传递给中间的土工膜,从而使得土工膜发生拉伸变形乃至破坏国内外很多学者针对这一问题进行了大量的研究[4,5,6,7,8]。其中,土工膜的完整性和抵抗拉伸变形的能力是决定防渗成败的关键因素[1,5],因此很有必要针对土工膜与其接触材料之间发生错动变形时的剪切力学特性进行试验研究。
1试验设备及原理
(1)试验设备。为了研究土工膜与其接触材料之间的接触力学特性,笔者在本文利用土工膜直剪仪对土工膜的接触力学特性进行了系统的分析。土工膜直剪仪试验设备如图1所示, 它主要由竖向加载板、上部剪切盒、下部剪切盒和剪切拉伸系统等4个部分组成。
试验过程中,在上部剪切盒中放置一矩形的混凝土面板, 下部剪切盒中放置一矩形的无砂混凝土垫块,同时在上下剪切盒中间放置土工膜,以此模拟坝体中混凝土面板、土工膜以及无砂混凝土垫层三者之间的接触作用,并且通过竖向加载板模拟面板上部水体的水压力作用。试验时,借助机械拉伸设备对下部的剪切盒进行拉伸,以此模拟土工膜与无砂混凝土之间的接触错动变形,同时通过数据采集系统记录土工膜的剪切力以及剪切位移,以此实现土工膜与接触材料之间界面力学特性的研究。
(2)试验原理。在堆石坝土工膜防渗工程中,主要通过土工膜与混凝土面板的联合作用实现坝体的防渗,土工膜在坝体中的布设位置及形式如图2所示,其中土工膜上部覆盖混凝土面板,下部设有无砂混凝土垫层材料[5]。在运行过程中,土工膜上部的面板和底部的垫层会在上游水压力和坝体沉降的作用下发生剪切移动,从而导致土工膜与接触界面之间发生摩擦作用。
与之相对应的土工膜直剪仪试验原理如图3所示,该设备中通过竖向加载板模拟面板上部水 荷载σz的作用,通过上下 剪切盒之间的错动位移模拟土工膜在运用过程中的剪切位移, 试验过程中通过测试系统记录任一时刻土工膜表面的剪切力F和剪切位移μ,通过数据处理可以得到土工膜在试验过程中的剪切应力τ=F/A,并得到土工膜的剪切应力~剪切位移关系曲线。其中A为土工膜接触面的面积,F为土工膜任一时刻的剪切力的值,τ为土工膜对应时刻剪切应力的值。
2土工膜界面接触本构模型的构建
2.1试验方案及试验结果对比分析
本试验采用工程中常用的两布一膜的复合土工膜进行接触力学特性测试,其下部材料为按照工程中常用的无砂混凝土的配合比拌和养护而成,试验过程中分别对竖向荷载为25、50、 75、100kPa时的4种不同工况进行拉伸速率为1 mm/min的接触力学性能测试,直到试验过程中土工膜的剪切力和位移关系曲线出现峰值开始屈服为止。典型工况条件下通过数据处理可以得到土工膜接触作用下的剪切应力和剪切位移关系曲线如图4所示。
由图4中不同工况下的剪切应力~剪切位移关系曲线对比分析可知,土工膜在与无砂混凝土的接触作用下,膜的剪切应力随着剪切位移的增加而逐渐增大,但是剪切应力的增长速率伴随着剪切位移的增大逐渐减缓,直到应力值达到峰值趋于稳定为止。不同的竖向荷载作用下,竖向荷载值越大,相同的剪切位移所对应的土工膜的剪切应力值越大,与此同时土工膜接触变形的剪切应力对应的峰值也越大。
2.2界面接触本构模型的构建
由图4中土工膜在与混凝土接触作用下的剪切应力~剪切位移关系曲线可以看出,土工膜与混凝土接触作用的界面力学特性呈现明显的 非线性关 系,为了很好 地描述这 一力学特 性,笔者采用式(1)中所示的双曲线模型对这一本构关系进行拟合。
式中:μ为土工膜的剪切位移;τ为土工膜对应时刻表面的剪切应力;A、B为试验参数,通过试验测试的方法可以得到。
由式(1)变形推导可以得到:
以μ/τ 为纵坐标,以μ为横坐标 可以构成 一个新的 坐标系,则上述双 曲线在新 的坐标系 下面转换 成为直线,如图5所示。
通过图5中点绘的试验数据可知,不同工况下的试验数据在新的坐 标系下面 呈现明显 的线性关 系,其截距为A,斜率为B。
由式(2)可知,当μ→0时:
其物理意义为土工膜剪切试验中τ~μ关系曲线的初始切线斜率的倒数,用Ti表示任一工况条件下τ~μ关系曲线的初始切线斜率,则:
由试验曲线可知,Ti是伴随土工膜表面竖向压力σz不断变化的参数,为了研究初始切线斜率Ti的变化规律,将Ti和 σz分别转换为无量 纲常数,在双对数 纸上点绘ln(Ti/Pa)~ ln(σz/Pa)关系曲线如图6所示。
由图6中关系曲线不难看出,ln(Ti/Pa)~ln(σz/Pa)呈现明显的线性关系,其具体关系可以表示为:
由此可得:
式中:C1、C2为试验常数,通过线性拟合可以确定其数值。
同样由式(2)还可得,当μ→∞时,
其物理意义为土工膜剪切试验τ~μ关系曲线中剪切应力极值的倒数,用Tf表示任一工况条件下τ~μ关系曲线中剪切应力的极值,则:
由试验曲线可知,Tf同样是伴随着土工膜表面竖向压力 σz不断变化的参数,为了研究土工膜界面剪切应力的极值Tf的变化规律,将Tf和σz以同样的 方式分别 转换为无 量纲常数,在双对数纸上点绘ln(Tf/Pa)~ln(σz/Pa)关系曲线如图7所示。
由图7中关系曲线不难看出,ln(Tf/Pa)~ln(σz/Pa)呈现明显的线性关系,其具体关系可以表示为:
由此可得:
式中:C3、C4为试验常数,通过线性拟合同样可以确定其数值。
将式(4)及式(8)联立代入式(1),整理可得土工膜在坝体运行过程中的剪切应力和剪切位移关系式:
其中C1=0.810 2、C2=0.807 4、C3=0.710 5、C4= 0.774 2,通过土工膜在剪切应 力 ~ 剪切位移 理论公式 推求可以得到土工膜在不同竖向荷载(即水压力)作用下的应力位移理论关系曲线,并将关系曲线的理论值与土工膜在接触式剪切试验下的试验数据进行对比分析,如图8所示。
由图8中曲线可知,基于双曲线模型的土工膜剪切应力~ 剪切位移的理论值与土工膜接触式剪切试验所得到的试验值相差不大,且二者吻合效果较好,进一步证明了这一本构模型的有效性。
3结语
反复剪切试验探析 篇7
1 土样性质
该土样取自软弱面的泥化夹层, 接近稀泥状, 均为饱和土。具体指标见表1。
2 试验过程
按规范要求进行土样制备, 试样安装, 垂直压力取50 k Pa, 100 k Pa, 150 k Pa, 200 k Pa系列, 以0.02 mm/min速度进行剪切, 当出现峰值以后停止剪切, 启动反向开关, 以0.4 mm/min速率将剪切盒退回原位, 等待0.5 h后进行第二次剪切, 直至最后两次剪切测力计读数接近为止。
3 试验结果
原本设计50 k Pa, 100 k Pa, 150 k Pa, 200 k Pa垂直压力, 由于土样过软, 结果200 k Pa压力下试样全部挤出, 150 k Pa压力下部分挤出, 得到剪切试验成果, 见表2。
k Pa
由于大部分结果出现两个点的情况, 故以下数据分析不进行相关系数的计算。
根据抗剪强度峰值, 得出粘聚力, 内摩擦角以及残余粘聚力, 残余内摩擦角, 见表3。
4 试验总结
本次试验共取试样7组, 均来自野外滑坡体泥化夹层, 试样呈泥糊状, 取样进行含水率, 密度, 液限含水率, 塑限含水率, 比重进行常规分析, 并根据原始数据, 进行了液性指数, 塑性指数, 孔隙比, 饱和度的计算。根据结果可知, 土样均为饱和度大于85%的饱和土;液性指数均大于1, 呈流塑状态, 并据塑性指数可知, 均大于10, 为粉质粘土;天然孔隙比均在0.950~1.050之间。根据经验, 此种饱和粉质粘土剪切试验, 抗剪强度、粘聚力c、内摩擦角φ均特别小, 部分可能会出现接近0值。故采用系列不能用常见的100 k Pa, 200 k Pa, 300 k Pa, 400 k Pa系列, 只能采用剪切仪能达到的最小系列50 k Pa, 100 k Pa, 150 k Pa, 200 k Pa系列。结果还是存在试样挤出, 没有数据的现象。根据抗剪强度峰值数据来看, 7组土样在各垂直压力下数据均无明显差异, 初始峰值与残余峰值的比较结果, 有10次试验初始峰值大于残余峰值, 5次试验初始峰值小于残余峰值, 2次试验初始峰值等于残余峰值。总体看, 残余值应该比初始峰值呈下降趋势, 但不明显。进行粘聚力与内摩擦角的7组试验比对, 可以看出粘聚力有5组出现下降, 2组出现上升。内摩擦角5组上升, 2组下降。而根据反复剪切试验机理, 应该粘聚力与内摩擦角都有下降。分析原因, 可能存在两方面的原因:1) 与剪切仪仪器精密程度有关, 这么小的数值, 已接近仪器最小误差;2) 试样过软, 剪切多次后剪切面已经发生变化, 不能反映一个剪切面进行多次作用力的模拟情况。
5 结语
1) 该滑坡面土样均为饱和粉质粘土, 流塑状, 强度低, 孔隙比大。2) 饱和粉质粘土剪切试验曲线均为平缓, 斜率与截距均接近0。3) 剪切试验垂直压力应采用最小系列, 并采取措施防止土样挤出。4) 饱和粉质粘土剪切试验初始峰值与残余峰值无明显差异, 与理论不相符。5) 受各种原因影响, 反复剪切试验粘聚力与内摩擦角剪切前后差异不大, 部分出现反复剪切后大于天然数值, 与理论不相符。6) 对于此种类型粉质粘土, 采用反复剪切得出的残余粘聚力, 残余内摩擦角数值意义不大。
参考文献
冷剪剪切过程分析 篇8
在棒材厂的生产工艺流程中, 冷剪的重要性不言而喻, 它的好坏直接影响成品的成材率、短尺率以及整个上游的工艺, 因此, 熟知其剪切动作过程, 对设备维护人员发现其隐患及处理故障能够快速反应;对操作人员精心操作能够起到指导作用。
2冷剪剪切动作过程示意图
步骤说明: (1) “压辊自动”模式下, 点剪切按钮, 压辊压下电磁阀得电并延时2.7s。只有在画面上选中“压辊自动”, 才有这个动作过程。 (2) 制动器松开失电并且延时0.5s, 此延时过程的目的是保证制动器在离合器闭合之前能够完全松开。注:在“压辊自动”模式下, 此过程在 (1) 之后开始;“压辊自动”模式没有被选择时, 此过程在点击剪切按钮或复位按钮时开始。 (3) 离合器得电闭合。此期间离合器处于闭合状态, 驱动剪刃完成剪切动作。 (4) 剪刃运行到离合器脱开位置 (在画面上设置) 时松开并延时0.5s, 此延时过程的目的是保证离合器在制动器闭合之前能够完全松开。 (5) 制动器得电闭合制动, 使剪刃结果短暂的制动缓冲过程后停止在高位 (此时冷剪主轴接近开关检测到信号) 。 (6) 压辊抬起电磁阀得电。离合器松开的时刻, 压辊抬起电磁阀得电。只有在画面上选中“压辊自动”, 才有这个动作过程。 (7) 对齐挡板抬起电磁阀得电。离合器松开的时刻, 对齐挡板电磁阀得电。只有在画面上选中“对齐挡板自动”, 才有这个动作过程。 (8) 定尺挡板抬起电磁阀得电。离合器松开的时刻, 对齐挡板电磁阀得电。只有在画面上选中“定尺挡板自动”, 才有这个动作过程。注:如果“压辊自动”模式取消了, 则剪切前后, 压辊需要手动压下抬起。
3剪切过程监控截图
蓝色线为编码器的值;
绿色为冷剪主轴接近开关信号;
棕色为制动器闭合控制信号;
红色为离合器闭合控制信号;
4编码器的脉冲计数
一个剪切动作过程约为4100个脉冲, 剪切开始后, 在接近开关下降沿时执行一次计数脉冲清零, 并重新开始计数。计数到达离合器松开位的设定值时, 撤销离合器的电磁阀控制信号。
在编码器故障时, 可能导致离合器无法在设定位置松开, 但是, 运行到接近开关位置时, 离合器会自动松开, 结束剪切过程;如果接近开关安装位置不正确或接近开关故障而检测不到信号时, 编码器将无法计数清零。此时, 离合器仍然能够在剪切动作开始10s后自动松开。以上功能可以避免连续不断剪切状况的发生。
5注意事项
5.1冷剪主轴接近开关无故障并且安装位置正确对顺利完成剪切动作至关重要!
5.2冷剪复位操作只有在接近开关和编码器都无故障时, 才能完成复位功能, 如果一次无法复位成功可以多试几次复位操作。
5.3如果接近开关安装位置变动, 或挡铁位置变动, 导致接近开关检测到信号时剪刃并不在最高位, 此时需要调整挡铁的位置。调整方法有二:
方法1:在主电机停止后, 手动在画面上将离合器闭合, 然后人工盘动飞轮带动剪刃到最高位, 再调整挡铁到接近开关位置即可;
方法2:先将挡铁安装在任意某个位置, 但要求挡铁在旋转一周过程中, 接近开关能够检测到信号, 以执行计数清零功能。然后启动冷剪电机, 调整离合器脱开位置设定值, 点击冷剪复位按钮, 执行复位操作。每执行一次复位操作后, 观察剪刃实际位置, 适当调整离合器脱开位设定值, 再次执行复位操作, 多次重复以上过程, 直到剪刃停留在高位为止。最后将挡铁安装位置调整到正对接近开关的位置即可。
5.4剪切按钮操作和复位按钮操作的区别
区别1:.剪切按钮操作时, 如果离合器在松开位没有松开, 那么在接近开关位置会松开;冷剪复位操作没有此功能。
区别2:剪切按钮操作时, 如果压辊、对齐挡板和定尺挡板选择了自动模式, 这些设备会自动动作;复位按钮操作时, 无论是否选择了自动模式, 以上设备都不会自动动作。
6结论
本文主要介绍了阳春新钢铁棒材厂冷剪的动作过程以及一些操作和维护需要注意的事项, 了解其剪切过程对实现冷剪的状态最佳化具有一定的指导作用, 精心操作可以帮助提高生产节奏, 保证成品质量, 能为工厂带来实质性的效益, 值得推广。
参考文献
[1]机械原理[M].北京:北京大学出版社, 2009, 9.