脆性材料热力耦合模型与热破裂数值模拟研究

"脆性材料热-力耦合模型及热破裂数值分析方法 (2009年)" 本文详细探讨了脆性材料如混凝土和岩石的热-力耦合模型及其热破裂过程的数值分析方法。研究者利用热传导理论和热-力耦合的原理，结合材料在微观尺度上的损伤演化规律，提出了一种考虑损伤效应的热-力耦合模型。此模型特别强调了脆性材料在微观层次上的力学性质非均匀性，包括材料的强度、弹性模量和热传导系数的差异。 在原有的RFPA（Realistic Failure Process Analysis）材料破坏过程分析系统基础上，作者构建了一个用于脆性材料热破裂过程分析的数值模拟方法。该方法通过统计分布函数建立了宏观和微观力学性能之间的关联，以反映材料的非均匀特性。通过对不同均匀程度材料的数值模拟，研究发现材料的非均匀性显著影响热传导规律、热应力分布以及热破坏模式。非均匀性加剧了内部热应力的不均匀分布，这是导致非均匀材料热破裂的重要原因。 此外，作者还对比分析了稳态和瞬态热传导条件下的脆性介质破裂过程。结果显示，在考虑瞬态热传导的情况下，破裂区的大小小于稳态热传导条件下的结果，揭示了瞬态热传导在热破裂分析中的重要性，提示应更加关注瞬态热传导对破裂过程的影响。 论文指出，对于像混凝土和岩石这样的脆性材料，除了承受外部荷载，还受到环境温度变化导致的热应力影响，尤其是在无外部约束的条件下，由于材料内部各部分物理力学性质的差异，特别是热膨胀系数的不均匀性，会在温度变化时引发细观结构的不稳定性，可能导致热裂纹的产生。 关键词涵盖了瞬态热传导、热-力耦合、非均匀性和破裂过程，这些是理解脆性材料在热环境下的行为和破坏机理的关键因素。文章的研究对于工程设计、地质灾害预测以及材料科学等领域具有重要的理论和实践意义，为理解和解决因温度变化引发的脆性材料失效问题提供了新的视角和工具。