钢筋混凝土弹塑性损伤本构模型

钢筋混凝土在加载过程中内部应力应变是不均匀的,因而很难通过试验直接得出本构关系.为了避开非均匀性对研究本构关系带来的困难,通过钢筋混凝土的载荷变形关系,提出了钢筋混凝土弹塑性损伤本构模型.该模型假设钢筋混凝土的力学行为由两部分组成,一是由微裂纹形成的损伤行为,它具有零屈服强度的刚性完全塑性本构关系;二是基体行为,服从不包括软化的弹塑性本构关系.在加载过程中,变形的增加使前一种行为转化为后一种行为.模型包括4个阶段:线弹性阶段、混凝土为主体的弹塑性阶段、钢筋为主体的弹塑性阶段和应变软化阶段.模型反映了损伤引起了钢筋混凝土应变软化、剪切刚度降低和诱致各向异性.采用Willam-Wanke塑性本构描述混凝土的非线性行为,其参数标定通过Hsu的软化桁架理论以及VecchioCollins的修正压应力理论进行,考虑了钢筋混凝土中钢筋与混凝土之间的相互作用.运用此模型分析钢筋混凝土梁的载荷-挠度关系,并与实验结果相比较,验证了模型的正确性.     

热驱动形状记忆聚合物三维力学本构模型

假设形状记忆聚合物（ＳＭＰ）为各向同性材料,其体积变形是弹性的,形状变化的流变规律满 足Ｔｏｂｕｓｈｉ建立的一维本构模型的基础上,应用固体力学和热粘弹性理论建立了ＳＭＰ三维本构 模型,使其不仅能描述简单应力状态下的热力学行为,也能描述复杂应力状态下的热力学行为．然 后基于ＡＢＡＱＵＳ的二次开发平台编写了可供ＡＢＡＱＵＳ调用的ＵＭＡＴ子程序,对ＳＭＰ试样实现 形状记忆效应的热力学过程数值模拟,数值模拟结果与Ｔｏｂｕｓｈｉ等的实验结果吻合良好,表明建立的 ＳＭＰ三维本构模型能够有效的描述ＳＭＰ的热力学行为,可为ＳＭＰ的工程应用提供理论参考． 关键词：形状记忆聚合物;热驱动;三维本构模型;形状记忆效应     

冻结盐渍土强度特性试验研究

通过对冻结盐渍土进行三轴试验,研究不同冻结温度、冻融循环次数和围压的冻结盐渍土强度特性与本构关系。研究表明:冻结盐渍土的应力-应变关系曲线为应变硬化型,满足邓肯-张双曲线本构模型,并确定本构模型参数。冻结盐渍土随着应变增加,应力不断增加,曲线分为弹性变形阶段和塑性变形阶段两个变形阶段。随着围压的增加,冻结盐渍土的应力-应变关系曲线越高,早期强度、弹性模量和破坏强度增加,工程性能和抵抗变形能力增强,而冻结温度和冻融循环次数却与之相反。     

一种考虑多种强化机制的黄土本构关系

将黄土材料的含水量和变形历史引入到内时定义中,利用与热力学相一致的简单机械模型发展了黄土的偏应力应变本构关系。用所建立的本构方程分别描述了马兰黄土在不同围压和不同含水量条件下的应力应变响应特性,取得与现有实验相吻合的结果。所提出的考虑围压和含水量的黄土本构模型对黄土在各种复杂载荷作用下变形与破坏现象的研究具有一定参考价值。     

红细胞超弹性变形特性的有限元分析

人类健康的红细胞具有较强的变形能力，对其力学性能进行研究并揭示其变形机理是生物力学领域重点关注的课题之一。论文采用SolidWorks软件建立了双凹形红细胞的三维有限元模型，并对其光镊拉伸过程和原子力显微镜纳米压痕过程进行了有限元仿真，分别得到了红细胞整体和局部的变形特征与应力分布规律。细胞膜的本构模型采用neo-Hooken超弹性材料，基于神经网络对细胞膜的本构参数进行了预测，得到了能够准确描述细胞膜变形行为的材料参数。研究结果可以用来对红细胞的变形能力进行评估，所搭建的神经网络模型能够较好地为生物力学的实时多尺度预测提供技术上的支持。     

6016-T4铝合金高应变速率变形行为和本构模型

为了研究室温条件下6016-T4铝合金板材的高应变速率变形行为,采用分离式霍普金森压杆(SHPB)设备进行应变速率为1 600、2 300和3 200 s^-1的压缩变形实验,建立描述材料变形行为的Johnson-Cook本构模型,应用ABAQUS软件进行热力耦合仿真模拟,研究实验过程中合金的变形和温度场变化规律.结果表明：在6016-T4铝合金板材室温高应变速率压缩变形过程中,当应变速率较高时,合金表现出负应变速率敏感性;通过Johnson-Cook本构模型计算出的数据与实验数据吻合良好;通过仿真模拟可知,合金内部的温度明显升高且分布不均匀,绝热温升对合金变形产生了一定的软化作用.     

混凝土双轴压-压细观统计损伤本构模型

细观损伤机制对混凝土材料宏观力学性能产生重要的影响。基于细观统计损伤理论及宏观试验现象,建立了混凝土双轴压-压细观统计损伤本构模型。考虑断裂、屈服两种细观损伤因素,损伤演化过程由主方向的压应变驱动;引入等效传递拉损伤应变的概念,受压方向的压损伤由侧向拉损伤应变控制。采用本文模型对双轴压-压应变比例加载路径下应力-应变曲线形成的包络面进行了预测,提取出双轴压-压强度包络线;从双轴强度、变形特性、包络面形状等角度对材料的双轴压缩损伤机制进行探讨。结果表明：该模型能够有效模拟双轴压-压加载情况下混凝土材料宏观力学行为,能够揭示细观损伤演化机制;细观屈服损伤模式在材料变形破坏过程中起到决定性作用,将整个变形过程分为统计均匀损伤及局部破坏两个阶段;区分峰值应力状态和局部破坏的临界状态,建议后者作为本构模型的最终破坏点。     

钢结构地震反应分析的循环塑性本构关系

建立较完善的结构钢循环塑性本构关系，是对地震作用下钢结构及构件进行较精确数值分析的基础，复合强化本构关系，综合考虑了等向强化和随动强化的影响，可反映钢材的屈服平台及包辛格效应，适用于构件三维大变形循环塑性分析。     

等主应力比路径砂土的弹塑性本构方程

为了模拟填土工程中土体的变形,需要建立在等主应力比应力路径下的本构模型.采用数值建模方法建立等主应力比路径下砂土的弹塑性本构方程.该模型能够反映填土施工中应力路径的影响.通过可视化,绘出了整个应力场中的三维变形曲面.通过与CTC路径下的变形曲面比较,发现两者之间存在显著差别,验证了应力路径对本构关系的影响是不可忽略的.     

降雨入渗对浅埋黄土隧道稳定性的影响

为了研究降雨入渗作用下黄土力学性质劣化对浅埋黄土隧道稳定性的影响,对隧道围岩中的黄土进行了不同含水率和不同围压的剪切、等压三轴试验,结果表明,含水率对黄土力学性质和破坏形态有较大影响。根据试验结果建立了黄土不同含水率的塑性本构关系,对比了计算结果和试验结果,证明了该本构关系能较好地描述黄土的应力-应变规律。对不同降雨强度、不同深度的黄土在雨水入渗影响下的含水率分布规律进行分析,并在数值模拟软件中调用建立的不同含水率的黄土塑性本构关系,计算不同降雨强度下隧道结构的受力和变形,结果表明：考虑降雨入渗后隧道结构变形和受力增加明显,其中,拱顶沉降增幅达到46%,隧道初期支护应力增加20%~27%。将浅埋黄土隧道结构变形监测数据与数值模拟结果对比,验证了黄土本构关系的正确性,所模拟的降雨入渗对隧道结构稳定性的影响符合实际工程。     

非饱和土等效时间流变模型

为了理论分析流变速率效应力学特性,需要建立非饱和土流变模型.首先把非饱和土屈服面分为LC和SI屈服面。其次根据LC屈服面的压缩蠕变公式,利用等效时间法建立相应的黏塑性体应变速率公式,结合巴塞罗那屈服方程和相关联流动法则,获得LC屈服面的三维流变速率方程,揭示了本文与Gennaro-Pereira提出的LC后继屈服面方程的异同。再次,根据SI屈服面的吸力压缩蠕变公式,利用等效时间法建立相应的黏塑性体应变速率方程.最后,把LC和SI屈服面的流变速率方程与弹性方程相结合,建立非饱和土等效时间三维弹黏塑性模型.当不考虑流变速率效应时,LC和SI流变屈服方程可以退化到巴塞罗那模型的塑性屈服方程.理论分析了非饱和土一维流变特性,并与土工试验数据进行对比,两者较为吻合。三轴加载条件下的流变特性数值分析结果表明,按不同方式施加到同一恒载时,随着恒载维持时间的增长,不同加载方式引起的体积流变趋向一致,但剪切流变有较明显的差别.     

平均应力及塑性体积变形敏感材料全量型本构关系及其应用

对拉压性能相同的全量理论加以推广，使其成为能够反映具有塑性体积变形及平均应力敏感特点的拉压性能不同材料的本构模型，并用该本构模型进行了平面应变条件下厚壁圆筒的应力分析，由分析可凶，对于拉压性能不同材料，考虑到平均应力及塑性体积变形敏感时，是不能将其简化为拉压性能相同，体积不可压缩的理想材料的。     

砂土弹塑性-损伤本构关系的数值建模

认为岩土介质变形中出现的剪胀现象实质上是一个损伤过程.通过中密砂的三轴压缩试验,发现其在剪胀后,弹性模量和剪切模量大幅度下降,这进一步证实了剪胀的确是个损伤演化过程.引进了一个损伤变量描述这个过程,结果表明,损伤程度相对塑性体积应变的变化速率与初始固结压力相关,且随压力增大而减小.同时利用数值建模方法建立了砂土的弹塑性-损伤模型,考虑了弹塑性变形与损伤的耦合效应,获得了相应的应力应变关系及它的三维曲面.     

退火处理对Ti-Zr-Cu-Be块体非晶合金力学性能的影响

采用铜模铸造法制备了直径为2mm的Ti55-xZr10+xBe27.5Cu7.5(x=0,10,20)块体非晶合金,并对其进行等温退火处理.利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、差氏扫描量热仪(DSC)及压缩试验等方法研究了非晶合金的相结构、显微组织和热稳定性,以及退火处理对其力学性能的影响.结果表明:该系列合金在553 K及583 K下保温长达5 h时间内依然表现为非晶态.退火处理后,Ti35Zr30Be27.5Cu7.5合金屈服强度、断裂强度均提到了提高,其中在583 K下保温1 h后屈服强度、断裂强度分别达到了1 921、2 169 MPa;其塑性由处理前的3.47%提高到了6.57%.Ti45Zr20Be27.5Cu7.5合金在退火后其力学性能变化不明显.Ti55Zr10Be27.5Cu7.5合金随着退火温度及保温时间的增加其屈服强度、断裂强度及塑性均明显降低.     

基于三维零树结构的感兴趣区医学图像内嵌编码算法

为了使医学图像压缩更适合于医学诊断,利用医学图像为多帧图像序列的特点,选用三维小波对图像进行变换,并将二维零树结构扩展到三维零树．同时,提出一种简单有效的三维零树感兴趣区模板建立方法,在三维内嵌编码方法中运用感兴趣区域编码．该算法有效地控制了感兴趣区与背景区的图像质量,从而在不影响医疗诊断的基础上提高了系统的压缩比．     

零屈服应力下混凝土三轴受压塑性模型

为了模拟混凝土真三轴压缩的力学性质,在分析混凝土真三轴和常规三轴压缩试验结果基础上,以经典塑性力学为理论基础,建立了混凝土的真三轴本构模型.模型考虑了混凝土初始屈服强度为0的实验特性,采用4参数的Hsieh-Ting-Chen作为破坏准则,假定材料强化和软化符合各向同性和非相关联的塑性流动法则,并将混凝土压缩实验中的扩容和塑性功相联系起来,把lode角引入塑性势函数中.模型与两种不同配比的混凝土立方体试件分别在6组不同加载路径下的试验结果进行了验证.     

体积分数40％的W丝增强Zr41．25Ti13．75NiloCu12．5Be22．5块状非晶复合材料的变形行为

室温下对体积分数为40％的W丝增强Zr41．25Ti13.75Ni10Cu12.5Be22.5块状非晶基复合材料的室温单轴压缩断裂行为进行了研究。结果表明，该非晶复合材料的室温准静态下的压缩变形过程主要表现为弹性和塑性变形，并且塑性变形阶段无明显加工硬化现象产生，断裂方式为纵向劈裂。塑性变形中，非晶基体以剪切带粘性流层相对滑动的方式进行；而W丝则表现为韧性化的撕裂行为。正应力在剪切带的形成与发展过程中起黄重要作用。     

不同壁厚钢管混凝土短柱轴压性能试验研究

为研究不同壁厚钢管混凝土短柱轴压力学性能,制作了10组不同壁厚的钢管混凝土短柱试件进行轴压性能对比试验.试验结果表明,钢管混凝土轴压短柱壁厚效应的本质是核心混凝土的围压效应.在弹性变形阶段,随着钢管壁厚增加,轴压短柱弹性极限承载力增加,试件弹性极限承载力与钢管壁厚呈线性关系.在塑性变形阶段,随着钢管壁厚增加,轴压短柱塑性变形模型增加,钢管混凝土短柱塑性变形模量与钢管壁厚呈线性关系,试件呈现理想塑性状态时的钢管壁厚约为5 mm.通过对几种典型轴压承载力计算公式进行试验验证,得出欧洲和日本标准能够较好预测不同壁厚钢管混凝土短柱试件的弹性极限承载力.     

拉压性能不同材料全量型本构关系及其应用

将经典全量理论进行了推广，考察了应力状态及塑性体积变形对拉压性能不同材料塑性行为的影响。计算了环板的应力分布。结果表明。材料的拉压性能不同，对环板的环向应力影响较大，因此，不能将拉压性能不同的材料简化成体积不可压缩的理想材料。     

玻璃纤维条带加固砖柱的轴压试验

为了研究纤维增强材料加固砖柱的轴压性能,进行了17个（6组）玻璃纤维增强材料条带加固砖砌体柱的轴心受压试验。试验结果表明：这种加固方式能不同程度提高砖柱的承载力,还能有效地提高砖柱的峰值应变与极限应变,同时,对改善砖柱的抗压刚度以及延性发挥了很好的作用。