循环加载下钢构件考虑几何非线性和材料非线性的分析方法

在双剪统一屈服准则的基础上,建立了一种全新的可以适用于多种不同材料的统一屈服准则.采用混合强化准则,考虑Bauschinger效应、屈服平台、硬化(软化)效应,建立了结构钢弹塑性统一本构模型,并推导了U.L格式的非线性有限元方程.     

双剪统一边界面塑性本构模型的有限差分算法及其数值验证

双剪统一边界面塑性本构模型(BUST模型)能反映低偏应力水平下岩土材料的塑性应变累积行为,这不同于经典双剪统一弹塑性本构模型。为了将BUST模型应用于滑坡或边坡的静、动力响应分析,构建并编译了BUST模型的有限差分算法,且通过数值模拟分析验证了该算法的可靠性。首先,推导BUST模型在一般应力空间和主应力空间的有限差分计算格式,给出了边界面、加载面、映射变量、塑性乘子、塑性修正、角点奇异性处理等的具体数学形式;其次,编写BUST模型的C++程序,并在FLAC^3D软件平台开展一系列数值计算,比较BUST模型与双剪统一弹塑性本构模型结果差异性,预测软岩三轴剪切应力–应变关系,模拟黄土–泥岩边坡坡体内部加速度响应。结果表明所构建的双剪统一边界面塑性本构模型有限差分算法计算结果可靠,可用于分析边坡或滑坡的静、动力响应。     

结构性软土三维弹塑性损伤本构模型研究

基于所提出的岩土材料统一各向同性破坏准则,通过引入椭圆–抛物双屈服面模型以及结构性损伤屈服面,结合复合体损伤概念,建立了三维主应力空间中弹塑性损伤本构模型,该模型能够反映结构性软土应力应变的非线性、剪胀剪缩特性、结构性以及中主应力对变形的影响。通过结构性软土试验结果与模型的计算结果对比分析,表明该模型能够较好地预测结构性软土三维空间的应力–应变特性。     

双剪统一弹塑性应变软化本构模型研究

 根据统一强度理论应力不变量的形式,确定所要建立模型的屈服函数以及塑性势函数,考虑土体强度随加载过程的逐渐发挥,确定土体硬化函数。采用非相关联流动法则建立复杂应力状态下的土体弹塑性本构方程,并且对模型中所产生的奇异性进行分析和处理,指出模型中的奇异性是屈服函数、塑性势函数的流动矢量、以及硬化模量所引起的。给出模型中所含参数的确定方法,采用膨胀性泥岩的常规三轴试验模型进行验证,验证结果表明,所建立弹塑性本构模型能够模拟泥岩的应力–应变关系,较好地反映土体的应变软化特性。     

混凝土弹塑性耦合疲劳本构模型

考虑到混凝土具有弹塑性耦合的性质，本文运用弹塑性理论在应变空间建立了一个能描述混凝土和刚度变化的塑性面，通过改变屈服阈值来分析混凝土在疲劳加载下的本构特征。计算结果表明，该模型能较好的描述混凝土在单轴及多轴单调加载和疲劳加载下的性质。     

岩体三维非线性力学问题的弹塑性力学模型

在对岩体结构进行三维有限元分析时,为了反映岩块（包括节理裂隙）和软弱结构面（断层、软弱夹层）的非线性力学性质,本文近似地将岩体视为弹塑性体,在综合了前人弹塑性增量理论研究工作和试验资料的基础上,分别对岩块和软弱结构面提出了带有普遍性的力学模型。并根据塑性力学的“非关联”流动法则推导了相应于该力学模型的本构关系。可供编制三维弹塑性力学问题有限元法计算程序之用。     

西安东门城墙的弹塑性有限元分析

西安东门城墙是我国的重点保护文物，对其研究意义重大．采用俞茂宏统一强度理论建立的弹塑性本构模型对其研究，得到了不同强度准则下的荷载系数位移曲线、塑性区分布、主应力迹线、弹塑性极限等结构特性．研究表明，不同的强度理论（如ＭｏｈｒＣｏｕｌｏｍｂ理论、广义双剪强度理论和ＤｒｕｃｋｅｒＰｒａｇｅｒ准则）对城墙结构分析有很大的影响．     

混凝土弹塑性本构实用模型研究

在深入研究了混凝土弹塑性本构理论基础上,提出了一个混凝土弹塑性本构模型,将Mande模型骨架曲线做一定的改进作为模型的等效单轴应力—应变曲线,加载硬化阶段采用应力空间弹塑性模型,软化阶段采用应变空间弹塑性模型,推导了应变空间下硬化参数的计算公式。模型屈服面采用黄克智—张远高三参数破坏准则,并推导了屈服面三个参数与混凝土强度之间的关系,为屈服面参数的确定提出了一种实用方法。将本文提出的模型在ABAQUS中二次开发,数值算法采用图形返回算法,通过几个算例表明本文提出的模型具有较高的计算准确度。     

西安东门城墙有限元动力分析

西安东门城墙是我国的重点保护文物，对其研究意义重大．本文采用俞茂宏统一强度理论建立的弹塑性本构模型的动力有限元程序，输入Ｅｌ－Ｃｅｎｔｒｏ 波对其研究，得到了不同点的加速度响应曲线、位移响应曲线和最大加速度及最大位移，为古城墙研究提供了宝贵的资料．     

岩石的临界状态非关联弹塑性本构模型

当前岩石的弹塑性本构模型还缺乏实用性强,又比较符合实际的模型。本文作者引用非关联流动规则和弹塑性本构理论中的临界状态理论,研究了一个岩体的非关联弹塑本构模型.此模型可适用于低应力水平下的岩体力学模型,及统一处理硬化和软化材料的力学关系.本文给出了应用此模型的石英试件分析结果.     

统一平面应变滑移线场理论

本文提出了一种基于双剪统一强度理论的统一平面应变滑移线场理论.本理论充分考虑了各种不同材料的中间主应力效应,是一种完全意义上的统一理论.各种基于其他强度理论,如Tresea,Mises和Mohr-Coulomb等的平面应变正交或非正交滑移线场理论均是本理论的特例,并且可以通过不同的加权参数b而构成一系列新的理论.本文讨论了基于刚塑性的Prandtl-Reuss假设的平面应变滑移线场理论的应用范围,证明了该假设可以由Mises屈服条件和相关联流动法则推导得出.本文还通过引入中间主应力系数m,首次提出了另外一条比刚塑性Prandtl-Reuss假设更宽的假设来反映体积可以(或不可以)压缩的材料的中间主应力,该中间主应力即是z方向的主应力.我们通过试验和弹塑性有限单元方法验证了本统一理论的正确性.本理论可以很容易地应用到众多工业领域如金属塑性成型、地基承载力预测、边坡稳定性预测等.由于双剪统一强度理论的通用性和优越性已被逐渐认识,因此,平面应变统一滑移线场理论可以应用于各种工程材料,尤其对在土木工程中广泛应用的、具有强烈中间主应力依赖性的岩土类材料,本理论会更显示出其优越性.     

岩体的压剪损伤机理及其在岩爆分析中的应用

本文探讨了压剪裂纹的启裂和扩展准则，对前人的经验性判据进行了理论分析，在此基础上建立了考虑裂纹闭合效应和裂纹相互作用的岩体压剪细观损伤力学模型。根据压剪损伤模型，发现岩爆是在洞室开挖过程中（或开挖完毕后）围岩发生应力调整（切向应力增加、径向应力减小）而诱发岩体中的预存裂纹发生摩擦滑移、界面扩展、裂纹扭折以至裂纹相互连接而导致围岩发生宏观脆性断裂的产物。数值模拟结果表明：本文建立的压剪损伤模型的计算结果与实验结果具有良好的一致性，并且裂纹闭合应力对岩体的应力－应变关系具有明显的影响，表现为损伤应变随裂纹闭合应力的增加而增加，尤其是侧向应变更加显著。     

平面应变问题非连续分叉统一解

运用统一强度理论 ,对弹塑性材料的非连续分叉现象进行了研究 ,获得了非关联弹塑性材料在平面应变条件下非连续分叉的起始方位角以及相应的硬化模量的统一解析解形式。由于考虑了材料的非关联流动以及拉压异性 ,此解可适用于岩土类材料以及其它类别的弹塑性材料。已有文献中的非连续分叉起始方位角结果为本文统一解的特例或线性逼近。研究表明 ,材料的拉压异性以及所受的中间主应力对非连续分叉有较大影响。同时指出不同强度准则对于弹塑性材料非连续分叉的影响以及正确选择符合所研究材料的强度准则在非连续分叉的研究中是重要的。进一步分析表明 ,对于平面应变情形 ,剪切带同滑移线本质上是一致的。通过与实验结果比较 ,验证了统一非连续分叉理论的合理性和正确性。     

加筋砂土挡墙承载力及渐进性变形破坏的有限元分析方法

 为开发一种可以合理模拟加筋砂土挡墙承载力及渐进性变性破坏特征的数值分析方法,利用可考虑应变局部化的非线性弹塑性有限元法对一系列的加筋砂土挡墙模型试验结果进行从小变形到破坏的全过程数值分析。有限元分析中,砂土的本构关系采用基于修正塑性功的硬化–软化弹塑性模型,该模型引入应变局部化参数S用以描述砂土单元峰值以后的局部剪切破坏效果。模型试验结果与有限元计算结果比较表明：建议的非线性弹塑性有限元分析不仅可以较好地模拟分析加筋砂土挡墙基础底面的平均压力与沉降之间的关系,而且也能合理地模拟加筋砂土挡墙基础的剪切破坏的发生与发展状况、筋材的拉力以及挡墙面板的水平土压力分布等,它可以定量化地分析加筋砂土挡墙的渐进性变形破坏特征以及条带加筋材料的加固机制。     

煤矿采场顶板来压自动预报的关键技术及其实现

复杂地下工程监测信息的自动分析技术是实现地下工程安全高效地施工和运营的保障。本文介绍采用模式识别、模糊数学和有向图原理，基于采场顶板运动与支承压力显现的关系而研制的包含图形元素、步距逼近等新方法的煤场采场顶板来压自动预报专家系统，以及实现该系统的关键技术。该系统已在４个矿得到应用。     

土石粗粒料的强度和变形特性的试验研究

根据大坝应力路径,对粗粒料进行等应力比和等应力比增量等于常数的三轴剪切试验,得出了相应的应力–应变关系式和规律;根据粗粒料的试验强度曲线特征,提出用幂次型函数表述粗粒料的抗剪强度,并以此为屈服准则,结合弹塑性理论建立了粗粒料的弹塑性本构模型,该模型可以用一个统一的表达式表述,该模型概念清晰、模型参数较少;同时推导出粗粒料的弹塑性矩阵;通过试验验证模型计算得到的粗粒料应力–应变关系曲线和实测结果吻合较好。     

基于统一强度理论的软岩损伤统计本构模型研究

基于统一强度理论，在考虑洛德参数的基础上，得到随洛德参数和中间主应力系数变化的材料统一强度参数，建立可以考虑中间主应力的统一强度理论平面形式的强度准则。假定软岩微元强度分布统计概率，定义软岩的统计损伤变量，依据统一强度理论建立三轴应力状态下软岩的损伤统计本构模型。通过软岩的常规三轴试验结果对其进行验证，对偏应力-应变的理论结果与试验结果进行比较。研究结果表明，该本构模型能够较好地反映软岩的偏应力-应变关系，尤其是应变软化特性。而且依据统一强度理论和统一强度内摩擦角的发挥，进一步分析表明洛德参数以及中间主应力系数b对偏应力一应变关系有影响，软岩的偏应力-应变曲线先随洛德参数的增大而上升到一定值，而后随洛德参数的增大而降低；随中间主应力系数b的增大而不断增加。     

可液化地基中单桩基础的三维数值分析方法及应用

在砂土液化大变形物理机制的基础上,建立了三维的砂土液化大变形统一本构模型,该本构模型能够实现对不同状态砂土单调和循环加载以及液化前后力学行为的统一描述。利用这一本构模型,在Open Sees有限元平台上发展了针对可液化地基中桩基础震动的三维弹塑性有限元动力时程分析方法。在有限元分析中,土体采用u–p格式流体固体耦合立方体单元模拟,桩基础采用立方体实体单元模拟。利用本文建立的本构模型和相应分析方法,对水平可液化地基中单桩基础,以及发生侧向流动的倾斜地基中单桩基础的离心机振动台试验进行了三维有限元数值模拟。模拟结果验证了数值方法在模拟地基和桩基础震动响应方面的有效性。     

一种基于混合物理论的非饱和岩土类材料的弹塑性损伤模型

在混合物理论的框架内，提出了一个处理饱和与非饱和的岩土类材料变形和强度本构建模的新方法。该方法将多相工程材料看成由两个层次的三种混合物模型组成。针对非饱和岩土类材料的特点，应用该方法，给出了一个具体的弹塑性损伤本构方程，可描述材料性质的劣化过程（即损伤和软化）以及非饱和程度对材料变形强度特性的影响，并编制了专用的有限元程序。作为算例，对常规三轴试件进行了有限元分析，得出了一些具体的结果。     

被动区加固后基坑悬臂支护桩性状研究

基于弹塑性损伤本构模型和Molar—Coulomb弹塑性本构模型,在桩侧与桩周土体之间设置了能够反映二者脱离的接触单元,采用有限单元法分析了桩前被动区加固与否时悬臂支护桩在基坑开挖时工作性状。结果表明,对桩前土体进行加固处理后,桩身侧向位移减小明显,而桩身塑性应变增加不是很大,所以为了减小基坑开挖对周围环境的影响应在桩前被动区的土体进行加固处理。