多体系统非连续变形的弹性及弹塑性分析方法(II)—— 数值算例

应用多体系统非连续变形的弹性及弹塑性分析方法从不同角度对刚性体、弹性体和弹塑性体组合多体系统进行具体的数值计算与分析,探讨接触界面的力学参数和材料强度参数对系统的变形、应力和接触应力以及塑性区的影响,得出十分有意义的结果与比较合理的结论.算例表明非连续变形计算力学模型作为一种新颖而强有力的数值分析与数值模拟方法,能够对一般的刚性体、弹性体和弹塑性体所构成的复杂的多体系统进行静、动力及接触非线性和材料非线性耦合数值分析与模拟,具有广泛的应用前景.     

多体系统非连续变形的弹性及弹塑性分析方法（Ⅱ）——数值算例

应用多体系统非连续变形的弹性及弹塑性分析方法从不同角度对刚性体、弹性体和弹塑性体组合多体系统进行具体的数值计算与分析，探讨接触界面的力学参数和材料强度参数对系统的变形、应力和接触应力以及塑性区的影响，得出十分有意义的结果与比较合理的结论。算例表明非连续变形计算力学模型作为一种新颖而强有力的数值分析与数值模拟方法，能够对一般的刚性体、弹性体和弹塑性体所构成的复杂的多体系统进行静、动力及接触非线性和材料非线性耦合数值分析与模拟，具有广泛的应用前景。     

多体系统非连续变形的弹性及弹塑性分析方法(I)——基本原理

非连续变形是多体系统的一个重要特性。从一般的平面问题出发，建立了多体系统的非连续变形分析的分区参变量最小势能原理，阐明了其理论基础，并推导了多体系统的非连续变形的弹性和弹塑性分析的整体控制方程，探讨了其求解的数值算法。该方法能够仿真模拟多体系统的变形和应力，不仅能够对多体系统进行静、动力耦合分析，而且还能够逐步模拟与预测多体系统的变形与应力响应及接触界面上的接触应力和相对运动等复杂的非线性过程。     

工程地质力学及其应用中的若干问题

工程地质力学是以工程为目的研究地质体变形破坏规律的科学。地质体具有非连续、非均匀、流-固耦合以及未知的初始状态的特性，工程地质力学的关键科学问题包括如何判断地质体的当前状态、描述地质体的力学特性以及分析地质体由连续到非连续的演化过程。工程地质力学研究应当以地学为基础、力学为手段、工程为目的，迫切需要解决的工程问题包括探测地质体的几何和力学特性，给出地质体稳定性的分析方法、地质工程设计依据以及地质灾害的预测预报方法。无论是模型实验还是模拟实验的结果能否回答工程问题取决于对地质条件的认知程度，但是，实验研究可以作为验证数值模拟结果的有力工具；地质调查和现场测量是工程地质力学必不可少的组成部分，地质体的力学分类体现了地学的基础作用，可实现地质环境描述定量化。针对工程需求建立力学模型可主要考虑含结构面岩体、土石混合体以及地质中裂隙流和岩土体的相互作用；实验室岩块实验的试样尺寸应作为地质体多尺度计算模型中的基本尺度。工程地质力学的主要研究内容应当包括给出关键的力学测量参数、研究获得这些参数的方法及相关的仪器：在提出和完善力学模型的同时，应更加注重新的计算方法的验证以及工程应用研究。     

应变敏感的裂隙及裂隙岩体水力传导特性研究

通过将岩体单裂隙视为非关联理想弹塑性体，导出单裂隙在压剪荷载作用下，其机械开度和水力传导度的解析模型，并采用已有相关试验研究成果对解析模型进行验证。在此基础上，通过将岩体概化为含一组或多组优势裂隙的等效连续介质，给出一种描述裂隙岩体在复杂加载条件下考虑非线性变形特征及滑动剪胀特性的等效非关联理想弹塑性本构模型。基于该模型，给出裂隙岩体在扰动条件下应变敏感的渗透张量的计算方法，该计算方法不仅考虑裂隙的法向压缩变形，而且反映材料非线性及峰后剪胀效应对裂隙岩体渗透特性的影响。该模型通过引入滑动剪胀角和非关联理想塑性，较为逼真地反映了真实裂隙及裂隙岩体峰后的剪胀特性、变形行为和水力传导度变化特征。通过数值算例，研究了裂隙岩体在力学加载及开挖条件下渗透特性的演化规律。     

结构三维弹塑性分析方法及其在建筑物震害研究中的应用

介绍了作者研究开发的结构三维弹塑性分析方法及其在建筑物震害研究中的应用。采用杆系模型 ,包括梁、柱、墙单元、拉压杆单元、弹簧单元和阻尼单元 ,可建立各种结构计算模型 (质点系模型、平面或空间框架模型 )。对柱和墙单元等压弯杆件 ,采用了“多弹簧模型”和“纤维模型”来考虑变动轴力和双向弯曲荷载之间的耦合作用 ,能够表达压弯杆件在多轴荷载作用下的力学特性 ,从而比较真实地模拟结构弹塑性地震反应。为了表达各种荷载作用下杆件或弹簧的力和变形关系 ,作者开发和引进了多种材料恢复力模型 ,这些恢复力模型模拟了材料的非线性。在结构分析过程中也采用近似方法考虑了几何非线性。采用以上计算模型 ,作者开发了结构三维弹塑性分析计算机程序 ,用于分析遭受地震作用的建筑物 ,其结果与实际的地震破坏吻合较好 ,能够说明结构的破坏机制。     

混凝土材料的三维弹塑性本构模型

广义非线性强度理论将材料的强度特性分解为4个相互独立的因素,由4个材料参数分别描述,在主应力空间内的强度面连续光滑,存在连续的偏导数。将广义非线性强度理论作为屈服函数,以塑性剪应变作为硬化参数,将塑性剪应变与剪应力之间建立分段函数关系,采用非关联流动法则,建立混凝土材料的三维弹塑性本构模型。本构模型中各参数意义明确,通过材料试验结果对本构模型的验证表明,所建立的三维弹塑性本构模型可较好地描述混凝土材料的三维变形与强度特性,进一步可用该材料模型对混凝土结构进行多维非线性受力分析,为结构设计和分析提供依据。     

基于纤维梁元模型的钢筋混凝土框架结构弹塑性时程分析

弹塑性时程分析方法可以同时考虑地震动的三要素(振幅、频谱和持时)和结构的动力弹塑性特性,对建筑结构在多遇、设防和罕遇地震作用下的抗震性能合理评估和非线性发展过程、破坏机理正确分析具有重要意义。反复荷载作用下混凝土、钢筋的本构模型的计算精度和适用性对基于材料模型的整体结构弹塑性时程分析结果的可靠性有着重要影响。但是由于混凝土材料的复杂性,目前还没有统一的本构模型可用于分析复杂应力条件下混凝土的非线性力学行为。建立了一个实用的混凝土和钢筋单轴滞回本构模型,编制了相应程序并利用用户材料子程序接口接入到ABAQUS软件中,基于纤维梁元模型,采用显式时间积分方法,对一个12层钢筋混凝土框架模型结构振动台试验进行了弹塑性时程分析。计算分析与试验数据的比较表明该模型具有较高的计算精度、效率及较好的适用性,适合作为纤维梁元模型中的混凝土、钢筋材料模型用于建筑结构的弹塑性时程分析当中。     

结构三维弹塑性分析方法及计算机程序CANNY

介绍了作者研究开发的结构三维弹塑性分析方法及其在建筑物震害研究中的应用。采用杆系模型,包括梁,柱,墙单元,拉压杆单元,弹簧单元和阻尼单元,可建立各种结构计算模型（质点系模型,平面或空间框架模型）。对柱和墙单元等压湾杆件,采用了“多弹簧模型”和“纤维模型”来考虑变动轴力和双向弯曲荷载之间的耦合作用,能够表达压弯杆件在多轴荷载作用下的力学特性,从而比较真实地模拟结构弹塑性地震反应。为了表达各种荷载作用下杆件或弹簧的力和变形关系,作者开发和引进了多种恢复力模型,这些恢复力模型模拟了材料的非线性。在结构分析过程中也采用近似方法考虑了几何非线性。采用以上计算模型,作者开发了结构三维弹塑性分析计算机程序CANNY,用于分析遭受地震作用的建筑物,其结果与实际的地震破坏吻合较好,能够说明结构的破坏机制。     

《岩石力学与工程学报》2004年1期EI收录论文(27篇)

No论文题目作者名页码1单轴拉伸条件下细观非均匀性岩石变形局部化分析及其应力-应变全过程研究周小平,张永兴,哈秋等1～62细观介质拉压比对岩石破坏过程的影响梁正召唐春安李连崇等7～113多体系统非连续变形的弹性及弹塑性分析方法(I)——基本原理黎勇冯夏庭栾茂田等12～164多体系统非连续变形的弹性及弹塑性分析方法(II)——数值算例黎勇冯夏庭栾茂田等17～235遥感-岩石力学(I)——非连续组合断层破裂的热红外辐射规律及其构造地震前兆意义吴立新刘善军吴育华等24～306围压对剪切带倾角影响的梯度塑性理论分析(英文)王学滨姚再兴潘一山3…     

偏心结构的弹塑性地震反应时程分析

针对多层偏心结构及弹塑性分析的特点给出空间的简化模型,并提出基于该模型的弹塑性地震反应时程分析方法,编制了程序ZZC,可进行各种偏心结构及考虑楼板变形的弹塑性地震反应计算。     

交错桁架体系的抗震性能动力分析

对交错桁架体系的抗震性能进行了分析 ,建立了单向水平地震作用下交错桁架体系协同分析的力学模型。在动力时程分析的过程中考虑了构件的剪切变形 ,并在单元水平上考虑了几何非线性。通过交错桁架体系设计实例的弹性和弹塑性时程分析 ,对这种体系的抗震性能做出了评价     

高层建筑钢-混凝土混合结构分区耦合分析模型及开裂层位移参数分析

为寻求一个准确、便捷地对钢框架 混凝土核心筒混合结构弹塑性分析的可靠方法 ,将其分离为钢筋混凝土和钢结构 ,分别研究其材料或构件的本构关系及滞回模型、破坏准则 ,然后针对混合结构弹塑性状态不同的区域和构件分别应用梁元、墙元、有限条三维分区耦合进行求解 ,来完成整个混合结构的弹塑性静动力分析。对混合结构在典型地震荷载和风荷载作用下的层间位移参数分析结果表明 ,层间剪切变形比层间弯曲变形对剪力墙开裂影响要大。     

多元复合地基压缩模量参变量变分原理解析解

选取双折线模型作为土的弹塑性本构模型 ,并在假设桩土变形协调的前提下 ,应用参变量变分原理求解多元复合地基的复合模量在弹性及塑性状态下的解析解。该解在桩间土为弹性状态时与目前工程中应用的面积加权法结果一致 ;当桩间土进入塑性状态时 ,与荷载及土的前后刚度比等因素有关。最后 ,采用大型有限元分析软件ANSYS对以上结论进行仿真验算。该方法为多元复合地基复合模量的求解提供了一种新思路     

岩土破损力学:理想脆弹塑性模型

岩土破损力学把结构性岩土材料抽象成由胶结强的胶结块和无胶结的软弱带组成的二元结构体 ,变形过程中胶结块逐步破损并向软弱带转化。从不均质材料的均匀化理论出发推导了破损参数的演化规律 ,并通过一种理想脆弹塑性模型合理地描述了岩土材料在低围压下软化和高围压下硬化的典型力学行为     

岩体材料包络型复合弹塑性计算模型

提出了考虑岩体低抗拉性质的三参数屈服准则。将该屈服准则与Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ（简称ＭＣ）或Ｄｒｕｃｋｅｒ－Ｐｒａｇｅｒ（简称ＤＰ）屈服准则联合使用时,形成具有包络型的、基于ＭＣ（ＤＰ）的三参数复合弹塑性模型,克服了常规的ＭＣ（ＤＰ）或带截断的ＭＣ（或ＤＰ）屈服准则不能或只能简单考虑岩体低抗拉性质的缺点。同时,提出了岩体材料屈服后的包络型软化曲线,为岩体材料的非线性计算提出了完整的计算模型。此外,还给出了基于ＭＣ（ＤＰ）的三参数包络型模型应力积分“向后欧拉”算法及一致性弹塑性矩阵有关公式,使建立在此基础上的Ｎｅｗｔｏｎ－Ｐａｐｈｓｏｎ解法具有二阶收敛性。     

Characterizing the deformation behavior of Tertiary sandstones

Tertiary sandstones possess deformational behavior different from hard rocks, especially the relatively larger amount of volumetric dilation during shearing. Such excess dilation contributes to the increase of crown settlement during tunnel excavation and accounts for several cases of tunnel squeezing within Tertiary sandstones. Therefore, the deformation behavior of Tertiary sandstones sampled from more than 13 formations was studied. To distinguish the volumetric deformation induced by hydrostatic stress or by shear stress as well as to decompose the elastic and the plastic components of strains, special experimental techniques, including pure shear tests and cycles of loading–unloading were applied.The experimental results reveal that the deformation of Tertiary sandstone exhibits the following characteristics: (1) significant amount of shear dilation, especially elastic shear dilation; (2) non-linear elastic and plastic deformation; (3) plastic deformation occurs prior to the failure state. Furthermore, features of plastic deformation were inferred from experimental results and, as a result, the geometry of plastic potential surface and the hardening rule were accordingly determined. A constitutive model, involving nonlinear elastic/plastic deformation and volumetric deformation induced by shear stress, is proposed. This proposed model simulates the deformational behavior for the shear-dilation-typed rocks reasonably well. Furthermore, tests on the versatility of the proposed model, including varying hydrostatic stress and stress paths, indicate that the proposed model is capable of predicting deformational behavior for various conditions.     

Iterative finite element model of nonlinear viscoplastic analyses for blended granular porous media

The iterative finite element model, in which an element is used to represent a single particle, is generated to analyze the global behavior of multiple-material aggregates of materially nonlinear viscoplastic particles. The generalized Maxwell model is used to define four types of specific nonlinear viscoplastic materials, which are the elasto visco-plastic matter with linear viscosity, the plasto visco-plastic material with linear viscosity, the elasto visco-plastic media with nonlinear viscosity, and the plasto visco-plastic media with nonlinear viscosity. The theory and relevant penalty iterative algorithm are developed to analyze the four representative mixed granular systems consisting of materially nonlinear viscous particles. To verify precision of stress calculation, solutions of an axis-symmetric radial flow problem are compared with results of the literature and they are in a great agreement. The results present here provide significant insight into the fundamental behavior of granular media under compaction conditions, including prediction of the overall aggregates stress-strain response.