土体有限变形理论的弹性本构关系之辨析

根据有限变形理论 ,针对土体变形的运动描述形式不同 ,具有不同类型的应力、应变定义及其相应的本构关系构成形式 ,考虑到固结理论耦合分析对本构关系的要求 ,讨论了将土体视为弹性或非线性弹性条件下本构关系的客观性与适用性     

金属大应变非局部非弹性损伤本构关系的探讨

以Ｐｒａｎｄｔｌ－Ｒｅｕｓｓ小变形塑性流动理论和Ｃｒｓｏｎ塑性理论为基础，引入塑性体积模量和空穴体积率作为内变量，利用非中理论、弹塑性有限变形理论和空穴形理论推导了金属大应变的非中非弹性损伤本构关系，分别从宏观和微观角度对本构关系进行了理论分析。     

基于变形率标架旋率的大变形本构关系

选用扭转实验标定大变形弹塑性本构关系,讨论在实心圆轴扭转实验中,变形率标架旋率Ωd的具体形式.以应力相对于变形率标架旋率Ωd的导数tobj0[Ωd]作为客观导数,应用各向同性硬化的J2流动塑性理论,建立由扭转实验的τ-γ曲线标定的大变形本构关系形式.所得结果与由Jaumann客观应力导数给出的结果相同,从而说明用扭转实验标定大变形本构关系时,本构形式相对稳定.     

修正Terzaghi理论在吹填土固结计算中的应用

经典Terzaghi一维固结理论在小变形线弹性固结沉降计算中广泛应用,固结系数、压缩性、渗透性等固结参数保持为常量,但直接应用于沉降量超过50%的吹填土固结沉降会引起不可忽视的坐标误差,导致较大的预测误差,存在应用上的局限性。修正Terzaghi理论计算方法,根据有限应变理论将吹填土大变形固结沉降分段表达,同时修正应变步长上固结参数,满足经典固结理论中小变形、线弹性假定条件。通过土体渗透系数、体积压缩系数与孔隙比间拟幂次函数关系表达吹填土体非线性本构关系,固结系数不再保持为常量,而在固结过程连续变化。修正Terzaghi固结理论分段计算方法,在确定沉降应变步长内固结系数为常量,计算相应时间步长,修正土体固结系数及固结参数后进行下一应变步长计算,累加沉降量与时间步长得到土体时间维度上的大变形固结曲线。修正Terzaghi固结理论满足线弹性小变形基本假定,反映出软土固结沉降中非线性特点,计算预测结果与实测值符合良好,将经典一维固结理论推广应用到吹填土大变形固结领域。     

一种对初始值要求较低的土层参数识别方法

提出了一种土的非线性弹性本构模型参数识别的方法。以现今普遍实行的地基载荷试验为基础,依据遗传算法的组合优化理论,采用正演计算和遗传算法优化相结合的方式,建立了土层非线性弹性本构模型参数识别的方法;并依据某黄土场地地基载荷试验数据,实施了黄土地层非线性弹性本构模型参数识别的全过程。计算结果表明,所建立的方法可以实现土层非线性弹性本构模型中相互关联的多个参数的组合优化,并在对初始值要求较低的情况下,可以获得良好的参数识别精度。从而为土的变形特性分析和土与其中及相邻结构的共同作用分析,提供了较好的土体本构模型参数的确定方法。     

纯铝（L2）高温本构方程的研究

有限元数值模拟技术应用于金属材料的加工过程，给深入研究金属成形过程提供了有力的理论工具，但其精确程度与材料本构方程的描述有极大的关系，材料的本构方程是描述材料成形信息的数学模型，它反映了的流动庆力与变形程度、１变形速度、变形的关系，因此，通过实验获取材料的本构方程是有限元数值模拟首要解决的问题，本文针对刚粘塑性材料提出了本构方程的数学模型，并在实验的基础咄了纯铝（Ｌ２）材料的本构方程的具体形式。     

基于应力的广义Jaumann导数的大变形本构关系

研究了用实心圆轴扭转实验标定大变形弹塑性本构关系的问题.首先进行了A3钢的单向拉伸和纯扭转实验,分析了两种实验的应力应变曲线特性,给出了实心圆轴扭转实验中变形率d、相对旋率Ω和广义Jaumann导数的具体形式.然后以应力的广义Jaumann导数作为客观导数,应用等向强化J2流动塑性理论,建立了由扭转实验的Υ-γ曲线标定的大变形本构关系形式.结果表明,对应广义Jaumann应力导数的扭转大变形本构关系与对应Jaumann应力导数的本构关系形式相同.     

基于扭转试验的大变形本构关系分析

研究采用实心圆轴扭转试验标定大变形弹塑性本构关系时客观应力导数的影响问题.给出了在实心圆轴扭转试验中,几种常用旋率的具体形式.应用等向强化的J2流动塑性理论,建立了以扭转试验的应力-应变曲线为基准的,分别由Oldroyd、广义Jaumann应力导数和相对于变形率标架旋率的应力导数表述的大变形弹塑性本构关系.所得各本构关系中的塑性刚度函数与由Jaumann客观应力导数给出的塑性刚度函数形式相同,说明用扭转试验标定大变形弹塑性本构关系时,塑性刚度函数不受客观应力导数的影响,本构形式相对稳定.     

城市地下综合管廊施工数值模拟方法

为了分析城市地下综合管廊施工中锚栓和拼接缝受力变形规律,采用土体非线性弹性本构模型对土体的地层变形进行了表征,提出了一种装配式地下综合管廊施工过程的有限元数值模拟方法,实现了隐式计算方法中材料非线性及接触非线性问题的求解.结果表明:该分析方法避免了隐式计算方法中土体弹塑性本构模型及接触非线性问题导致的计算不收敛.反映了管廊施工过程中土体非线性力学行为以及管廊-土体之间的相互作用,为城市综合管廊建设提供了新的数值模拟方法.     

复合地基下卧层沉降的黏弹性分析

对复合地基的下卧层黏弹性沉降进行理论研究,将土体黏弹性特征引入复合地基下卧层沉降的计算中,选择三参数固体模型来描述土体本构关系,推导出了矩形截面均布荷载下复合地基下卧层沉降的黏弹性计算公式,并根据计算公式编制了相应的计算程序。工程实例验证表明,计算结果更接近于实测值,分析方法具有合理性。     

大变形梁的动力学公式及本构关系

本文基于虚功原理推导了大变形梁的动力学公式，并给出了线弹性材料梁的本构关系。     

实心圆轴扭转问题中的旋率分析

给出由实心圆轴扭转实验标定大变形本构关系时的各种旋率张量.由于实心圆试件在扭转过程中变形具有较好的均匀性,所以用于标定大变形本构关系问题比拉伸试验更为合理.在圆柱坐标系下讨论实心圆轴扭转试验中用于表述客观应力率张量的各种旋率形式,给出有意义的理论结果.扭转问题中旋率的分析为今后建立基于扭转试验的各种大变形本构关系打下基础.     

非饱和多孔岩石的热力学本构理论

为了在本构模型中同时考虑岩石材料和多孔岩石的非线性和不可逆变形,提出非饱和多孔岩石工程力学理论.应用体积分数概念和混合物理论,凭借均匀化响应原理,获得由孔隙应变张量、饱和度和各组分材料体应变5个状态变量表示的能量平衡方程.利用自由能确定的5个弹性方程,加上体积分数之和等于1这个方程组成6个本构方程.根据这些方程可以求解非饱和岩石本构模型的全部6个未知变量(3个位移矢量和3个体积分数).根据不可逆热力学理论,基于熵产公式提出用内变量表示的耗散率势函数,获得能够反映黏性和塑性不可逆变形特性的耗散本构方程.结果表明,自由能和耗散率2个势函数分别反映了岩石弹性和非弹性变形规律,共同构成了非饱和多孔岩石的热力学本构理论框架.     

复杂应力条件下土的结构性本构关系

结合陕西杨凌非饱和黄土不同条件下的三轴试验资料，将作者提出的一种新的土结构性定量化参数（应变型综合结构势）引入土的强度变形特性分析，发现在同一围压下土结构性参数对不同影响因素下的应力应变曲线均具有较好的归一化作用。基于归一化曲线所表现出的双曲线特征，用类似邓肯一张模型的处理手法构造了非饱和黄土的结构性本构关系，本构模型的参数均可由试验确定。由于本文提出的土结构性本构关系引入了能够反映复杂应力状态的土结构性参数并且与邓肯一张模型形式相同，因而具有应用范围广泛和便于程序分析的潜力。试验验证表明，结构性本构关系可以较好地反映非饱和黄土的强度变形关系。     

夹层地基本构方程的研究与应用

工程中常见的地基往往含有多个夹层，文中将各个夹层按力学性质进行分组，分别考虑了各级夹层对整个地基本构关系的影响，得出了含有若干夹层地基的本构方程，为求解夹层地基的本构关系的研究提供了新的思路。利用本文中的理论可反求横观各向同性地基的弹性参数，并可考虑地基的弹性参数随深度变化的情况对整个地基的本构关系的影响。     

沥青混合料粘弹塑性本构关系及大变形有限元分析一般理论

应用Perzyna’s理论和Mises屈服准则建立沥青混合料粘弹塑性本构方程,并扩展到三维方程;应用Newton-Raphson迭代程序的逐步积分方法,获得了小变形粘弹塑性本构理论增量形式和有限元数值方程。基于小变形本构理论,把其应力应变、应力偏量和等效应力分别改用Cauchy应力的Jaumann导数、变形率、应力偏量和等效应力,推导出大变形粘弹塑性增量形式的本构方程和数值方程,建立了沥青混合料粘弹塑性理论体系。     

土力学中地基变形与时间的关系

固结理论是从地基沉降计算的需要出发而建立起来的。在现代土力学及其工程实践中,固结理论仍占有非常重要的地位。文中从力学的三类基本条件对固结理论进行研究,明确固结理论的平衡条件、协调条件和本构关系。满足这三类基本关系方可求得土体固结问题的唯一解。考虑到饱和土体为二相系,明确土体固结理论存在双本构关系。最后,以一维固结问题为例讨论土体的固结度。     

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。     

带空洞损伤的梁的纯弯曲

从弹性微结构理论出发研究了带空洞损伤线弹性材料的本构方程，把这种考虑损伤的本构方程应用到梁的纯弯曲．得到了关于梁的应力场、应变场、位移场和损伤场．通过简化与假设，其应力场、应变场可以得到与古典弹性力学关于梁的纯弯相同的结果．文中结果既验证了考虑损伤的本构方程的正确性，又在一定程度上更精确地反映了梁的受力及变形情况．     

次弹性理论中,同一速度场对应的应力场及本构关系非唯一

工程中的许多材料,就本构关系而言是次弹性的,而不是粘塑性的,求解次弹性初、边值问题,逆解法是一有效途径。一个重要的问题是解答与控制方程之间是否存在唯一性。本文首先针对零级次弹性抛物柱体,就零体力情况,按逆解法的思想用正交曲线坐标的形式给出了相应速度场及应力场的两组解析解答。由这一具体实例,分析得出关于次弹性理论中的下述两个结论:1、同一速度场对应的应力场不唯一。2、同一组解析解答可同时满足不同的次弹性本构关系。