基于复合屈服准则的混凝土塑性损伤模型

引入拉伸损伤变量和剪切损伤变量来共同描述损伤对混凝土宏观力学性能的劣化,采用带拉断的Mohr-Coulomb准则作为塑性损伤模型的屈服准则以及非关联的Drucker-Parager塑性势函数,在热力学和连续损伤理论的框架内建立损伤准则和损伤演化方程,提出了一种改进的混凝土塑性损伤模型,并采用基于完全隐式的向后Eu-ler积分算法进行应力更新。在ABAQUS平台上,采用UMAT进行改进的塑性损伤本构模型的二次开发,并进行了单轴和多轴数值验证。计算结果表明:数值结果和理论曲线及试验成果吻合很好,验证了本构模型的合理性。     

双内时概念及弹塑性损伤双内时本构模型

Ｖａｌａｎｉｓ体系中的内时本构关系属于弹塑性本构关系，本文的目的是用内时理论的思想来推导弹塑性损伤本构模型，文中首先构造了隐含损伤的Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ自由表表达式，之后又引入了双内时的概念，即把内时分成了塑性内时和损伤内时，并给出了分别用两种内时表示的塑性内变量和损伤内变量演化方程，以此为基础得到了弹塑性损伤双内时本构模型，经过讨论得出了材料为各向同性有关塑性的两种特性的约束条件和有关损伤的三种特     

混凝土弹塑性损伤本构理论的研究

所讨论的模型和方法都是以连续介质力学和不可逆热力学为基础的，提出了新的混凝土弹塑性损伤本构模型.在该模型中采用了三个内变量，即塑性应变、各向同性损伤标量D以及应变梯，其中应变梯度反应了损伤的非局部性质，因此本模型是梯度依赖的非局部损伤模型.这个新的本构关系模型严格满足热力学的基本方程，在理论上是严密的.     

弹塑性损伤材料的三维本构描述

本文从现象学观点出发,在定义损伤材料有效应力及有效塑性应变的基础上,根据不可逆热力学基本原理,得到了等效虚拟弹塑性热力学状态的有效广义摩擦系数。从Gibbs自由能体系出发,推导出了弹塑性损伤材料的三维本构方程。在这一过程中,损伤对塑性内变量的贡献,通过其二阶张量定义,并由等效的Burger位错矢量的井矢表征。从而考虑了弹塑性与损伤的交互作用影响。此外,本文从热力学耗散机制出发,通过引进一个有效的广义摩擦力函数,获得了以耗散势表示的损伤演化方程,并且容易得到显式。最后,本文对给出的损伤本构方程及损伤演化方程进行了讨论,得到一系列有益的结果。     

一种考虑损伤的胶凝原油启动初始应力-应变模型

引入损伤变量（因子）,结合胶凝原油恒剪切速率启动过程的应力－应变特性,建立了考虑损伤的力学本构模型,经实验验证,新本构方程可很好地描述胶凝原油启动初始破坏过程的应力－应变关系。利用获得的本构方程参数,作出了相应条件下的损伤演化曲线,与应力－应变曲线结合分析发现,启动温度对胶凝原油结构损伤破坏过程影响最小,其不同条件下的损伤演化曲线基本重合;而启动剪切速率和静态降温幅度对损伤演化过程的影响相对较大,且随其值的增大,损伤演化过程表现出加速特性。     

基于不可逆热力学的形状记忆合金相变塑性统一本构模型研究

为了获得能够描述形状记忆NiTi合金相变和塑性行为的本构关系,基于不可逆热力学,假设两个内变量,分别推导了相变演化规律和塑性演化规律,以及NiTi合金本构模型的主控方程。将导出的本构方程写成一维的增量形式,编制FORTRAN程序,将本构模型进行了程序实现。结合单轴加载的实验曲线、非线性拟合的方法确定该本构模型的相关参数。比较实验结果,验证了该本构模型的合理性。该模型能很好地描述随着载荷不断增加,NiTi合金表现出的母相弹性、马氏体相变、马氏体弹性以及马氏体塑性流动行为,同时,对于应变率效应也能够较为理想地描述。所建立宏观唯象本构模型,参数易确定,为NiTi合金在更加苛刻、极端的环境下的工程应用打下基础。     

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。     

超高频振动下材料本构关系探析

金属材料在超高频振动作用下的屈服点，硬化度和延伸率都较常规情况明显降低，因此材料的本构关系发生了重大变化。研究金属材料在超高频振动下的特殊行为，建立材料在超高频振动下的本构方程，利用所建立的本构方程解释这些特殊现象，给出了低碳钢试件的实验曲线，通过与理论分析比较证明二者完全相符。     

基于复合屈服准则的混凝土塑性损伤模型

引入拉伸损伤变量和剪切损伤变量来共同描述损伤对混凝土宏观力学性能的劣化,采用带拉断的MohrCoulomb准则作为塑性损伤模型的屈服准则以及非关联的Drucker-Parager塑性势函数,在热力学和连续损伤理论的框架内建立损伤准则和损伤演化方程,提出了一种改进的混凝土塑性损伤模型,并采用基于完全隐式的向后Euler积...     

红黏土损伤特性及损伤演化规律试验

基于原状红黏土三轴不排水试验,得出桂林红黏土应力－应变关系,分析了原状红黏土结构损伤特性,确定损伤变量Ｄ,并对红黏土的损伤演化规律进行分析,验证其损伤本构关系。研究结果表明：桂林原状红黏土的应力－应变关系曲线表现出理想塑性的特点;不同围区条件下,轴向应变１.３６％处可视作红黏土应变的门槛阈值,对应的应力作为应力门槛阈值;初始弹性模量和割线模量有关的变量Ｄ可作为损伤变量;损伤变量随主应力差的增大而增大,基本呈线性关系,损伤变量与轴向应变基本呈指数函数关系,表明红黏土损伤过程是不可逆的特点;本文提出的损伤本构方程能够较好地拟合红黏土的应力－应变曲线关系,反映不同围压条件下的红黏土结构性损伤变化规律。     

A unified viscoplasticity constitutive model based on irreversible thermodynamics

A unified viscoplasticity constitutive model for metal materials is developed within the framework of irreversible thermodynamics, and an expression for the Helmholtz free energy function involving the parameters reflecting kinematic hardening and isotropic hardening is given. At the same time a non-associated flow potential function including the corresponding state variables is also given, from which the flow equation and the evolution equations of the internal state variables are derived. Thus, a general theoretical framework constructing a unified viscoplasticity constitutive model is given. Compared with the typical unified viscoplasticity constitutive models, the presented model evidently satisfies the irreversible thermodynamics laws. Moreover, this method not only provides a new theoretical foundation for further development of the unified viscoplasticity constitutive model, but also gives a new theoretical framework for the stress-strain analysis of more materials. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant NO. 90410012)     

循环荷载三面本构模型及与实验结果比较

为探求形式简洁,参数较少,便于工程应用的循环本构模型,本文基于边界面模型和多面模型理论,建立了一个可描述金属材料三轴循环加载力学行为的三面本构模型.把塑性应变分解成塑性应变1和塑性应变2,塑性应变1对应于一套屈服面-边界面模型,塑性应变2对应于一套单屈服面模型.提出了当前应力点与边界面上对偶点之间距离的演变公式,基于一致性条件得出边界面模型中塑性模量的计算与运动硬化准则的联系.采用塑性应变作为硬化参数,应用关联流动法则计算塑性应变.相比于经典的边界面模型,本文模型形式简明;相比于前人修正随动硬化准则模型,本文模型需要的材料参数较少.结合金属稳定材料U71Mn的单轴循环实验结果,对其4种力学行为进行模拟,分析了非对称应力循环下平均应力和应力幅值对稳定材料棘轮效应的影响,以及对称应变循环下材料的最大应变幅值记忆效应.研究结果表明,本文模型的模拟结果与前人文献的实验结果一致性较好,可为研究材料的本构行为提供一条新的途径.     

冲压成形过程的弹粘塑性有限元数值模拟

应用单轴应力状态下的弹粘塑性本构关系和J2 流动理论及等向强化准则建立起适用于多轴应力状态的普遍的弹粘塑性本构关系 ,并将其引入增率型虚功率原理建立了弹粘塑性有限元列式。用基于该组列式编制的大变形有限元程序对单拉过程和方盒件深拉延成形过程进行了数值模拟 ,并与单拉实验结果进行了比较。数值模拟结果表明 :本文建立的弹粘塑性材料的本构关系是有效的 ,同时说明根据增率型虚功率原理建立的弹粘塑性有限元列式可以有效地对弹粘塑性变形过程进行数值模拟。     

一种半耦合韧性断裂准则及其在TRIP780中的应用

为研究高强钢板材在冷成形下的损伤演化与韧性断裂行为,将DF2012韧性断裂准则修正为初始损伤判据,同时参考连续损伤力学理论引入损伤变量D以衡量材料的累积损伤,并将其耦合到塑性模型中,构建了一种半耦合韧性断裂准则。以TRIP780高强钢板为研究对象,针对不同应力状态设计了6种形状的试样,借助电阻损伤测量法与DIC数字图像法进行了力学性能试验并测定初始损伤位移。采用非相关流动准则(NAFR)的Drucker各向异性屈服函数和Swift-Voce硬化模型准确描述了材料的塑性变形过程,然后分别利用试验模拟混合法和逆向工程法对初始损伤模型和损伤演化参数进行了标定。使用Fortran语言将构建的本构模型与损伤演化模型编译为VUMAT子程序并嵌入ABAQUS/Explicit模块中进行断裂模拟预测,并与未耦合损伤模型进行比较。结果表明：构建的半耦合韧性断裂准则能够准确描述TRIP780板材在不同应力状态下变形后期的损伤诱导软化行为,预测的断裂位移最大相对误差仅为1.31%。相较于常用的非耦合断裂模型,所提模型针对具有软化效应的高强钢表现出明显的优越性,适合用于高强钢板冷冲压成形的破裂预测中。     

Cyclic constitutive equations of rock with coupled damage induced by compaction and cracking

In this paper, the cyclic constitutive equations were proposed to describe the constitutive behavior of cyclic loading and unloading. Firstly, a coupled damage variable was derived, which contains two parts, i.e., the compaction-induced damage and the cracking-induced damage. The compaction-induced damage variable was derived from a nonlinear stress–strain relation of the initial compaction stage, and the cracking-induced damage variable was established based on the statistical damage theory. Secondly, based on the total damage variable, a damage constitutive equation was proposed to describe the constitutive relation of rock under the monotonic uniaxial compression conditions, whereafter, the application of this model is extended to cyclic loading and unloading conditions. To validate the proposed monotonic and cyclic constitutive equations, a series of mechanical tests for marble specimens were carried out, which contained the monotonic uniaxial compression (MUC) experiment, cyclic uniaxial compression experiments under the variable amplitude (CUC-VA) and constant amplitude (CUC-CA) conditions. The results show that the proposed total damage variable comprehensively reflects the damage evolution characteristic, i.e., the damage variable firstly decreases, then increases no matter under the conditions of MUC, CUC-VA or CUC-CA. Then a reasonable consistency is observed between the experimental and theoretical curves. The proposed cyclic constitutive equations can simulate the whole cyclic loading and unloading behaviors, such as the initial compaction, the strain hardening and the strain softening. Furthermore, the shapes of the theoretical curves are controlled by the modified coefficient, compaction sensitivity coefficient and two Weibull distributed parameters.     

A particle-breakage critical state model for rockfill material

Particle breakage has a significant influence on the stress-strain and strength behavior of rockfill material.A breakage critical state theory(BCST)was proposed to describe the evolution of particle breakage.The breakage critical state line in the breakage critical state theory was correlated with the breakage factor,which was fundamentally different from that of the original critical state theory.A simple elastoplastic constitutive model was developed for rockfill in the frame of BCST.An associated flow rule was adopted in this model.Isotropic,contractive and distortional hardening rules were suggested in view of the particle breakage.It was observed that the proposed model could well represent the complex deformation behaviors of rockfill material,such as the strain hardening,post-peak strain softening,volumetric contraction,volumetric expansion,and particle breakage under different initial confining pressures.     

面向金属切削过程数值模拟的材料本构方程和刀-屑摩擦特性

为了提高金属切削过程的数值模拟精度,围绕与其密切相关的材料本构方程和刀-屑摩擦特性展开研究。针对铝合金7050-T7451材料,采用分离式霍普金森压杆实验（Split Hopkinson Pressure Bar,SHPB）获取材料本构方程,采用正交切削实验获取切削过程的刀-屑摩擦曲线。对AdvantEdge FEM软件进行二次开发,输入材料本构方程和刀-屑摩擦系数,研究切屑厚度、剪切角、应变、应变率等切削过程典型特征随切削参数的变化规律。结果表明：所提出的数值模拟方法对切削过程的典型特征具有很好的预测效果,在AdvantEdge FEM软件中输入合适的材料本构方程和刀-屑摩擦系数能够明显提高数值模拟精度。     

脆性岩石非线性弹性损伤本构方程及其实验验证

本文在对脆性岩石力学性质的实验研究的基础上,探讨了脆性岩石的广义弹性模量,广义弹性泊松比,不可逆变形泊松比以及岩石的损伤变形特征,从而定义了新的岩石损伤表征量.建立了脆性岩石的弹性损伤耦合本构方程和损伤演化方程.并采用石英砂岩对所建立的岩石损伤本构方程在单轴压缩实验中进行验证,结果表明,理论分析与实验结果吻合较好.     

混凝土蠕变损伤分析模型

从损伤发展和基体蠕变这二种时间相关变形及其耦合效应的角度研究混凝土的蠕变。利用非平衡态热力学关系，给出混凝土损伤蠕变本构方程和损伤演化方程。通过养护时间及蠕变有效作用应力的定义，将混凝土老化效应及骨料因素考虑了进去。     

层状岩石损伤本构关系的研究

对常见层状复合岩石的损伤结构与本构关系进行了研究,电镜微观研究表明了其微观结构与微孔隙特征, 导出各分层在不等围压、不同有效应力、不同参数及不同损伤演化过程下的三维非线性损伤本构方程与演化方程,并得到实验的较好验证.