改进的混凝土弹塑性损伤本构

针对现有的混凝土弹塑性损伤本构模型的缺陷,利用能够反映混凝土拉压方向不同强度特性的Hsieh-Ting-Chen四参数屈服函数,基于热力学耗散原理提出了一种新的混凝土弹塑性损伤本构模型,并且进行单轴拉伸和单轴压缩下,应力-应变关系的数值试验。和其它混凝土弹塑性损伤本构模型相比,提出的弹塑性损伤本构模型有其优点:只有一个未知参数,其余的参数都和Hsieh-Ting-Chen混凝土四参数屈服函数的参数相同,易于确定未知参数;并且拉压损伤演化定律采用相同的计算公式,能够较好地反映混凝土在复杂应力状态下的拉压不同的损伤特性及应力-应变曲线。     

玄武岩纤维混凝土单轴受拉损伤本构模型研究

为探究玄武岩纤维混凝土单轴受拉状态下的受力行为，采用等效应变假定理论，建立玄武岩纤维混凝土单轴受拉损伤演化方程。结合相关试验数据对考虑纤维影响的材料参数进行标定，得到单轴受拉损伤本构模型。通过试验曲线与理论曲线对比分析，验证损伤本构模型的准确性。以玄武岩纤维混凝土-钢筋梁三分点加载为例，运用该本构模型进行结构有限元分析，数值模拟结果与试验结果吻合程度较高，表明运用该损伤本构模型对结构受力进行分析具有可行性。     

基于Mooney-Rivlin本构模型橡胶防尘罩的非线性有限元分析

为揭示橡胶防尘罩的结构参数对其拉压应力的影响,采用ABAQUS软件建立了基于Mooney-Rivlin本构模型的防尘罩有限元模型。根据标准试件轴向拉伸实验数据拟合了本构模型参数C10和C01,完成了防尘罩轴向拉伸和轴向压缩工况的有限元分析,得到了防尘罩的应力应变分布规律。通过对试件和防尘罩制品的拉伸试验验证了有限元计算结果的可信性,为橡胶类零部件的强度性能分析、结构参数优化提供了一种方法。     

高强度混凝土的细观损伤本构模型研究

基于轴向拉伸与压缩试验观测资料，论述了高强度混凝土的细观损伤机理和以应力与应变全曲线及其特征点相对应参数建立的损伤本构模型，提出了拉、压二向应力状态时的本构模型和正交异性损伤本构模型，同时还引入其他学者提出的混凝土三向应力状态各向同性损伤时的本构模型，并提出了高强度混凝土的损伤断裂判据     

早龄期水泥基灌浆料受压统计损伤本构模型

为研究早龄期水泥基灌浆料受压本构行为,对不同龄期（1 d≤t≤28 d）的水泥基灌浆料和同强度的普通混凝土开展单轴受压全过程试验,分析龄期对水泥基灌浆料、同强度混凝土单轴受压应力-应变曲线特征参数的影响,并将水泥基灌浆料的单轴受压应力-应变曲线特征参数与同强度混凝土进行对比。结果表明:随着龄期的增长,试件峰值应力、峰值应变、极限应变、弹性模量、峰值割线模量、应变延性系数和能量耗散系数均有不同程度的增大;水泥基灌浆料试件峰值应力、峰值应变、极限应变、应变延性系数和能量耗散系数均大于同强度混凝土,但试件弹性模量、峰值割线模量均小于同强度混凝土。结合水泥基灌浆料自身特征,基于现有模型建立了修正的分段式水泥基灌浆料受压本构模型,并基于统计损伤理论推导给出了水泥基灌浆料受压统计损伤本构模型。建议的受压本构模型计算结果与试验结果吻合较好,可以较为准确地描述早龄期水泥基灌浆料在单轴受压作用下的受力变形特点。     

拉西瓦拱坝的非线性超载分析

根据赫塞—廷—陈的多轴受压状态下的破坏准则，引用了混凝土损伤力学的概念，提出了在多轴受压状态下混凝土捐伤本构模型。可以模拟混凝土在多轴受压状态下的应力应变关系，得到等效单轴受压的应力应变全过程曲线，并且可求得在不同侧压力情况下混凝土的极限抗压强度。经将此模型应用于拉西瓦拱坝的非线性超载能力分析，取得了良好的效果。     

高延性混凝土单轴受压本构模型研究

通过9组不同配合比高延性混凝土(high ductile concrete,HDC)试件的单轴受压试验,研究了纤维的横向约束作用对HDC试件单轴受压破坏形态的影响,分析了纤维掺量、粉煤灰掺量、水胶比和砂胶比对HDC单轴受压应力-应变曲线特征点的影响.根据HDC单轴受压应力-应变曲线的形状和特点,采用三种模型,建立了HDC的单轴受压本构模型方程;依据最小二乘法,对HDC单轴受压本构模型进行参数分析发现,采用模型2和模型3得到的拟合曲线与试验曲线吻合较好,其中模型2最接近于试验曲线.     

基于能量特征的脆性岩土材料广义拉伸损伤模型

损伤变量及其演化方程是损伤本构理论研究的核心问题,当前岩土材料的损伤演化方程多是通过经验假定或试验拟合的方法得到的,缺少必要的理论依据。本研究定义损伤变量为材料受荷变形过程中的能量耗散量与破坏时的临界能量耗散量之比,结合Lemaitre应变等价性假设,从材料损伤过程中的能量平衡原理出发,推导了具有理论依据的损伤演化方程表达式,从而建立了适用于脆性岩土材料的广义拉伸损伤本构模型。通过试验和数值计算结果对比表明模型能够较好的反映单轴拉伸过程中的应力应变关系和应力跌落现象。对不同加载条件下的应力应变关系计算表明:广义拉伸状态下,脆性岩土材料的抗拉强度随侧向压应力的增大而减小,随侧向拉应力的增大而先增加后减小。     

混凝土分段曲线损伤本构模型及其数值验证

目的对引入损伤变量的混凝土结构进行损伤分析.方法结合混凝土规范中混凝土受拉应力-应变曲线数据和能量等效假设;在ABAQUS有限元分析软件中采用损伤模型进行结构分析,新的损伤演化方程中的材料参数值由试验标定;对混凝土试件的单轴拉伸行为和三点弯曲行为进行数值验证.结果提出了新的混凝土分段曲线损伤模型;单轴拉伸梁最大损伤值为0.9329,三点弯曲梁最大损伤值0.989;模型损伤演化结果符合试验趋势.结论较好地描述我国现行混凝土规范中给出的混凝土材料本构关系,新的混凝土损伤本构模型可以用于混凝土结构的损伤分析.     

岩石受压应力应变关系的扰动状态理论描述

扰动状态理论(Disturbed State Concept theory,DSC)利用本构模型描述材料响应:材料的真实响应是两种参考响应的加权平均值,参考响应利用合适的本构模型得到.扰动状态理论结果和RMT150B岩石实验系统得到的实验结果都可以给出稳定的、连续的、包括软化段的应力应变关系曲线.在岩石单轴受压实验中,在一定应变范围内试件保持在连续体状态,这一点与扰动状态理论的理论基础一致.从压密点开始描述应力应变关系,压密点同时提供了应力应变关系曲线的计算初始值.应力应变与体应变的描述中,扰动因子演化方程分别以有效塑性偏应变值和当前轴向应变值作为自变量.对红砂岩的体应变描述也同样体现扰动状态理论的平均化思想.     

三轴受压状态混凝土当量损伤本构模型

本文根据Ｈ－Ｔ－Ｃｈｅｎ的多轴受压状态下的破坏准则,引用了混凝土损伤力学的概念,提出了在多轴受压状态下的当量损伤模型。可以模拟混凝土在多轴受压状态下的应力应变关系,得到等效单轴受压的应力应变全过程曲线,并且可求得在不同侧压力情况下混凝土的极限抗压强度。本模型不仅可模拟混凝土多轴受力的应力应变过程,并为拱坝非线性全过程分析了依据。     

混凝土单轴受压本构模型及其应用

通过一个细观模型,从损伤的角度解释混凝土在压应力作用下应力-应变关系的非线性和应变软化,根据等效应变假设和损伤力学基本原理,建立了单轴受压混凝土的弹塑性损伤本构模型,可导出已有单轴受压本构关系,并能反映混凝土的刚度退化和卸载后的残余变形;提出一类损伤函数和塑性变形经验表达式,利用应力-应变曲线特征条件和优化算法确定模型参数;与已有受压试验结果相比较,结果吻合良好.     

高性能再生骨料混凝土试验研究

目的采用再生骨料配制高性能再生骨料混凝土,研究其单轴受压应力-应变行为,为再生骨料混凝土结构的数值分析提供理论基础.方法通过改变再生骨料的取代量,研究再生骨料对高性能再生骨料混凝土的强度、渗透性、抗冻耐久性及单轴受压应力-应变行为的影响.结果试验配制的高性能再生骨料混凝土28 d抗压强度超过70 MPa,抗冻等级达F300,得出单轴受压应力-应变曲线,并对其进行数值模拟,两者吻合较好.结论采用再生骨料能够配制出高性能再生骨料混凝土,其单轴受压应力-应变曲线与普通混凝土具有相似的规律,随着再生骨料取代量的增加,高性能再生骨料混凝土延展性得到提高,且数值拟合单轴受压应力-应变曲线相关性高,可用于分析混凝土的本构关系.     

橡胶材料硬化的本构模型与有限元分析

针对橡胶类材料大应变时硬化现象,采用国家GB528标准,在室温下通过单轴拉伸本构实验,建立了基于主伸长的连续介质力学的新本构模型,并确定应变能密度函数中的本构参数,再利用简单剪切实验进行参数验证,表明新本构关系的可行性与有效性.最后将新本构方程加入通用有限元软件,利用非线性有限元对平面应力橡胶板进行了计算.     

橡胶材料硬化的本构模型与有限元分析

针对橡胶类材料大应变时硬化现象,采用国家GB528标准,在室温下通过单轴拉伸本构实验,建立了基于主伸长的连续介质力学的新本构模型,并确定应变能密度函数中的本构参数,再利用简单剪切实验进行参数验证,表明新本构关系的可行性与有效性．最后将新本构方程加入通用有限元软件,利用非线性有限元对平面应力橡胶板进行了计算．     

两种约束圆轴扭转实验确定大应变本构关系

针对大应变本构关系的参数标定问题,采用实心圆轴扭转实验进行了研究.分别对一端自由实心圆轴和两端固定实心圆轴的大应变扭转变形和扭转应力进行了分析.对于大应变等向强化弹塑性本构模型,基于Kirchhoff应力的Jau-mann应力导数,采用实心圆轴扭转实验标定了弹塑性本构模型中的塑性刚度函数.对一端自由实心圆轴扭转实验,讨论了轴向伸长变形和径向变形对塑性刚度函数的影响.对于两端固定实心圆轴扭转实验,讨论了轴向正应力对塑性刚度函数的影响.结果表明,实心圆轴扭转时的Swift效应对大应变本构关系有影响,影响程度与轴向和径向变形及轴向正应力相对于剪应变的变化率有关.     

沥青稳定碎石应力依赖模型的柔性路面结构分析

为建立沥青稳定碎石的非线性应力依赖本构模型,并将该模型应用于路面结构力学分析,提高路面结构分析的准确性.采用动三轴试验模拟不同应力状态,测试沥青稳定碎石的回弹模量,建立材料的非线性应力依赖本构模型;采用Abaqus有限元软件中的UMAT子程序编程并定义沥青稳定碎石的本构模型,进行基于沥青稳定碎石非线性应力依赖本构模型的路面结构数值模拟.结果表明:沥青稳定碎石的回弹模量有着较强的应力依赖特性,在研究所涵盖的应力状态下,其模量最大值为最小值的175%.通过有限元路面结构分析可知,与非线性分析相比,传统的弹性分析低估了沥青稳定碎石基层底部拉应变约10%,低估级配碎石顶部最大压应力约5%.沥青稳定碎石的非线性应力依赖特性显著影响路面分析结果,应在路面结构设计时考虑该特性.     

超轻质水泥基复合材料基本力学性能

为探究超轻质水泥基复合材料(ultra lightweight cement composite,ULCC)的基本力学性能及应力-应变曲线本构关系.以粉煤灰空心微珠为唯一轻质微集料,以水泥和硅灰为胶凝材料,以高效减水剂和减缩剂为外加剂,配制了钢纤维体积掺量为1%,表观密度介于1 250~1 550 kg/m3,轴心抗压强度介于47.9~70.0 MPa的4种不同密度等级的ULCC.对其分别进行单轴抗压和单轴抗拉试验,分别研究了ULCC的轴心抗压和轴心抗拉力学性能,测得了ULCC材料轴心抗压强度、轴心抗拉强度、弹性模量、泊松比及单轴抗压和单轴抗拉应力-应变曲线.结果表明:ULCC的抗压强度、抗拉强度和弹性模量均随密度的增加而增加; ULCC的轴心抗压强度和弹性模量与密度呈较强线性相关性.轴心抗拉试验结果表明ULCC抗拉应力-应变曲线关系呈现明显的峰后平台段,ULCC材料具有良好的拉伸变形能力.根据试验测得的ULCC单轴抗压和单轴抗拉应力-应变全曲线,建立了ULCC单轴抗压和单轴抗拉的分段式应力-应变本构方程.研究成果可为ULCC结构的设计和非线性有限元计算提供理论依据.     

矩形钢套筒约束混凝土轴心受压应力应变关系

进行了6个矩形钢套筒约束混凝土试件的轴心受压试验,试验结果表明：矩形钢套筒能够对其内部混凝土形成有效约束,显著提高混凝土受压峰值应力,使约束混凝土受压应力应变曲线的下降段更加平缓,有效改善混凝土的极限变形能力。在试验的基础上,通过对试验中钢套筒的应变和钢套筒内混凝土的受力状态进行分析,给出了矩形钢套筒对混凝土横向有效约束力的计算方法,借用Mander模型,进一步提出了受约束混凝土单轴受压应力应变计算模型。将计算模型与试验的钢套筒约束混凝土应力应变曲线进行对比,二者吻合良好。     

混凝土管片极限承载力计算模型及其模拟分析

为了解决混凝土管片极限承载能力分析问题,提出了4种弯矩和轴力组合作用下混凝土管片计算模型.基于钢筋的弹塑性本构模型和梁截面应变相似准则,推导了混凝土管片极限承载能力的解析表达式.以北京地铁四号线盾构区间为例,研究了轴力对混凝土管片极限承载能力的影响.计算结果表明,混凝土受压区高度、受压区钢筋应力和混凝土管片极限承载能力都随着轴力的增加而增加.混凝土管片极限承载力与轴力近似为线性关系.采用有限元方法模拟了混凝土的承载力特性.研究表明,解析模型计算结果与有限元模拟值基本一致,验证了提出的解析计算模型的准确性.