基于Hill原理的非相关联流动法则的机理研究

为了克服经典塑性力学中与摩擦相关的n阶齐次屈服函数的耗散功与应力状态无关,以及砂性材料的耗散功为零,后者与塑性发生时耗散功必须大于零的热力学第二定律相违背的缺陷,将真实空间的Hill最大耗散功原理推广到耗散空间的Hill最大耗散功原理.根据摩擦引起的能量耗散与真实空间正应力（或球应力）相关的机制,在耗散空间的屈服准则中引入与真实空间正应力（或球应力）相关的函数项,从而使塑性发生时材料的耗散功大于零.由于耗散空间中的屈服准则与真实应力相关,真实空间的屈服准则与塑性应变之间必须服从非相关联流动法则.     

混凝土的一种梨形边界面本构模型

为研究混凝土材料在多轴循环荷载作用下的非线性特性,基于经典塑性力学理论和边界面模型理论,提出一个改进的边界面模型.模型中,屈服面为封闭、光滑曲面,在子午面内为梨形;边界面与屈服面的形状相似;选择应力的第一不变量和应变偏量作为屈服面函数中的自变量;相应的加卸载判据中的微分变量也是上述两种变量;根据屈服面和边界面形状的相似性,通过比例关系定义映射法则;对于处在屈服面上的任意一个当前应力点,根据此法则,都能够找到与之对应的处在边界面上的映射点,两个点对应的曲面法线方向相同;采用非相关流动法则描述塑性变形.对沿着偏平面上的压缩方向,对混凝土试块分别进行单调加载和循环加载时的试验结果,用本构模型进行模拟,模型计算结果与试验结果吻合.模型能够统一地描述应力-应变曲线的上升-下降段,能够描述剪胀现象.     

基于Mises准则导出Tresca准则

基于Mises准则并采用正交流动法则和塑性位势理论求得塑性应变增量。在计算塑性功增量时不考虑s2作用,用能量原理导出Tresca准则,另外还用代数方法导出了s16),从而加r=2r与Lode角之间的关系:s16cos(θδ π深了对Tresca准则的认识。其研究成果对解释现有屈服准则或提出新的屈服准则有重要的理论意义。     

从耗散率函数看黏性与塑性间的内在联系

利用热力学的基本定律和内应变率空间中的最大Homilton耗散率原理,建立了黏性和塑性相统一的广义黏弹性本构理论.利用凸分析数学理论,阐明了内应变率空间中的最大Homilton耗散率原理等价于内应力空间中的最大Lagrange耗散率原理.当Homilton耗散率函数为内应变速率的一次欧拉齐次函数时,材料的黏性特性退化为塑性特性,最大Lagrange耗散率原理退化为Hill最大塑性功原理,因此,塑性是材料广义黏性的一种特例.选取不同的自由能函数和耗散率函数,利用最大Homilton耗散率原理和最大Lagrange耗散率原理,建立了准Maxwell模型、准Kelvin模型和准临界状态黏弹性模型,证明了广义Von Mises屈服准则、广义Von Mises线性运动硬化屈服准则和魏汝龙临界状态屈服准则是准Maxwell模型、准Kelvin模型和准临界状态黏弹性模型当耗散率函数为一次欧拉齐次函数时的特例.通过数值算例和图可以直观地验证上述结论的可靠性.     

土体双屈服面模型的塑性功方程

根据双屈服面模型的概念,塑性应变增量可以看成是2个分部塑性应变增量的合成.作者通过研究,指出塑性功也可以看成是有效应力分别在2个分部塑性应变增量上进行的塑性功分量的合成;使用热力学方法,将每个塑性功分量都转化为自由能增量和耗散能2个部分,因此双屈服面模型的塑性功方程由4个能量分量组成,通过合理确定或假定用分部塑性应变增量表示的塑性功方程就可以得到双屈服面模型的屈服面方程.以改进的椭圆-抛物双屈服面模型为例,认为塑性功方程由体积硬化引起的自由能增量和耗散能以及剪切硬化引起的自由能增量和耗散能4个能量分量组成,从2个屈服面方程推导了用分部塑性应变增量表示的塑性功方程,对塑性功方程反映的能量转化关系进行了分析,将自由能释放解释为剪胀时的能量来源,并从该塑性功方程推导出双屈服面模型的2个屈服面方程.     

多孔材料中裂纹尖端的渐近场

由宏观塑性耗散势出发,得出多孔材料的屈服函数,它类似Ｌａｄｅｔ和Ｄｏｒａｉｖｅｌｕ模型。由Ｒａｍｂｅｒｇ－Ｏｓｇｏｏｄ单轴拉伸模型和相关联流动法则给出描述多孔材料的幂硬化本构关系。在平面应变条件下,得出裂纹尖端的渐近场。场具有Ｈ．Ｒ．Ｒ奇异性,Ｊ积分守恒。场的分布和韧性依赖材料常数α,它描述在变形中体积变形与形状变形之比。所得结果,在特定条件下与前人研究结果一致。这些结果为多孔材料结构的设计和韧性     

土的动力Hardin-Drnevich模型再认识

基于热力学方法,为深入认识土体动力耗散特性及变形机理,从Hardin-Drnevich模型的骨架曲线和滞回曲线出发,采用热力学方法,引入背应力为塑性模量与塑性应变乘积的假定,构造土体动力增量耗散函数,该方法自动满足热力学定律.并讨论其对应的p-q应力空间中的屈服曲线的形式、变化规律以及材料参数对屈服曲线的影响.结果表明,其屈服曲线遵循直线形式,并且随着材料参数的增大,发生逆时针的旋转.     

Druker_Prager屈服准则与重力坝超载安全系数的相关分析

有限元法的计算精度与可靠性和屈服准则的适当选择直接相关.因此,在坝体稳定性数值分析中,屈服准则的选择对重力坝超载安全系数影响较大.为了研究屈服准则与重力坝超载安全系数的本质关系,进而给数值计算中屈服准则适当选择提供理论依据,运用应力解法推导了屈服准则随着罗代角的变化与重力坝超载安全系数之间的函数关系,并运用有限元法对向家坝水利工程大坝深层抗滑稳定性进行验证与研究.研究表明内切圆锥屈服准则使得超载安全系数取得极小值,坝体最容易发生塑性流动失稳,而扩展锥屈服准则下的超载安全系数最大,坝体不容易发生塑性流动失稳.     

库仑材料平面轴对称问题极限分析

根据塑性流动正交法则确定了库仑材料平面轴对称问题上限分析所需的速度场，提出了用体积应变率求解变形区内部能量耗散率的一般方法.对厚壁圆筒的轴对称渗流问题进行了求解，得到了渗透力场.用上限法对渗透力作用下的厚壁圆筒进行了极限分析，发现上限解与精确解相同.     

岩石蠕变的热力学本构模型及应用分析

通过建立一个基于非平衡态热力学的岩石黏-弹-塑性本构模型,用以分析岩石的蠕变变形和蠕变失稳问题.该模型不同于经典弹-塑性模型,从可逆、不可逆能量过程及能量的涨落出发,推导得到了可统一描述岩石黏-弹-塑性行为的本构关系,无需屈服面、流动法则等概念.它通过将应力划分为弹性应力和黏滞应力来描述岩石的黏-弹性行为,而通过耗散流和涨落运动的概念来描述岩石的黏-塑性行为.分析表明,该模型可以反映岩石在高围压下延性破坏、在低围压下脆性破坏的特征,同时也可较好地预测岩石的蠕变变形和蠕变失稳规律,并可较好地阐述其中的物理机制.     

结构消(耗)能元件芯材SN490B本构关系数值模拟

采用消(耗)能元件的结构在遭受地震作用时,元件芯材首先屈服进入塑性阶段,利用其滞回变形消耗地震输入能量,保护主体结构,元件芯材本构关系的数值模拟是对采用消(耗)能元件结构进行抗震分析与设计的基础。为更真实地模拟结构消(耗)能元件芯材在单调和循环荷载下的本构响应,更准确地对采用消(耗)能元件结构进行结构弹塑性地震响应分析,对常用作消(耗)能元件芯材的日本高延性钢材SN490B的单调、循环加载本构及循环骨架曲线进行了数值模拟,包括：采用Esmaeily-Xiao二次流塑性模型模拟材料在单调荷载作用下弹性段、屈服段、强化段和二次流塑段4个阶段;采用混合强化模型模拟材料循环荷载作用下的本构响应,运用大型通用有限元软件ABAQUS结合数值模拟参数对16种不同循环加载制度下的循环加载试验进行模拟,并与试验结果进行对比;采用Ramberg-Osgood模型、无量纲化的Ramberg-Osgood模型及两段式模型模拟循环骨架曲线。研究结果表明：所采用数学模型可以较好地模拟SN490B钢材单调、循环加载本构响应及循环骨架曲线,数值模拟与试验结果拟合较好。     

Bearing capacity of foundation on slope determined by energy dissipation method and model experiments

To determine the ultimate bearing capacity of foundations on sloping ground surface in practice, energy dissipation method was used to formulate the bearing capacity as programming problem, and full-scale model experiments were investigated to analyze the performance of the soil slopes loaded by a strip footing in laboratory. The soil failure is governed by a linear Mohr-Coulomb yield criterion, and soil deformation follows an associated flow rule. Based on the energy dissipation method of plastic mechanics, a multi-wedge translational failure mechanism was employed to obtain the three bearing capacity factors related to cohesion, equivalent surcharge load and the unit gravity for various slope inclination angles. Numerical results were compared with those of the published solutions using finite element method and those of model experiments. The bearing capacity factors were presented in the form of design charts for practical use in engineering. The results show that limit analysis solutions approximate to those of model tests, and that the energy dissipation method is effective to estimate bearing capacity of soil slope.     

车辆地面力学弹塑性本构关系

首次对车辆地面力学中常用的等向强化屈服准则进行了总结,建立了便于数值分析的弹塑性本构模型的统一表述,推导了适合数值分析的车辆地面力学中常用等向强化屈服准则相对应的屈服函数、等效屈服应力及参数,为用数值模拟方法研究车辆行走机构与地面相互作用奠定了基础。     

考虑近海环境劣化作用的钢框架节点抗震性能试验研究

采用室内加速锈蚀试验模拟近海大气环境对钢框架材性试件与节点试件力学性能的劣化作用.得到节点试件梁柱翼缘与腹板钢材锈蚀率随近海环境作用时间的相关关系,对材性试件进行拉伸破坏试验,统计回归得到屈服强度、极限强度、伸长率与弹性模量4个钢材材性性能指标随锈蚀率的衰变关系.对4个不同锈蚀程度的钢框架节点试件进行变幅加载试验,考察其破坏形态与特征,分析锈蚀对构件滞回性能、骨架曲线与刚度的影响,得到节点构件耗能能力、累积塑性变形能力、刚度等性能指标随锈蚀率的衰变规律.结果表明：近海大气环境作用使得钢框架节点构件产生初始损伤,致使节点构件梁端在位移低周加载下越早发生断裂,延性降低.     

古建木结构榫卯连接的扁钢加固试验

通过比例为1:3.52的古建木结构模型振动台试验,研究了用Q235扁钢加固榫卯连接节点的加固性能及效果.对模型加固前后的加速度、位移时程响应、自振频率和阻尼比进行了对比分析.结果表明加固后结构刚度略有提高,但符合刚度等效的加固原则,榫卯结构耗能转变为主要依靠扁钢屈服后塑性变形耗能,有效阻止了结构榫卯节点的破坏.从而验证了榫卯连接的扁钢加固方案是可行的,可为古建筑木结构抗震加固提供一种方法.     

高坝空中挑射水流水力特性及消能机理的研究

本文介绍研究高坝泄洪消能空中挑射水流水力特性及消能机理的重要意义;介绍利用作者研制的挑射水流流速仪,为工程模型试验实测挑射水流沿程流速的情况及成果;并在上述实测成果的基础上进行挑射水流流动规律的分析研究。提出挑射水流空中消能率的计算公式及检验消能效果的其它因素。对挑射水流空中消能机理作了分析研究。