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.     

两种约束圆轴扭转实验确定大应变本构关系

针对大应变本构关系的参数标定问题,采用实心圆轴扭转实验进行了研究.分别对一端自由实心圆轴和两端固定实心圆轴的大应变扭转变形和扭转应力进行了分析.对于大应变等向强化弹塑性本构模型,基于Kirchhoff应力的Jau-mann应力导数,采用实心圆轴扭转实验标定了弹塑性本构模型中的塑性刚度函数.对一端自由实心圆轴扭转实验,讨论了轴向伸长变形和径向变形对塑性刚度函数的影响.对于两端固定实心圆轴扭转实验,讨论了轴向正应力对塑性刚度函数的影响.结果表明,实心圆轴扭转时的Swift效应对大应变本构关系有影响,影响程度与轴向和径向变形及轴向正应力相对于剪应变的变化率有关.     

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.     

基于应力Oldroyd导数的大应变本构关系

以扭转实验测得的τ-γ曲线为基础,采用各向同性硬化大应变J2流动本构理论,给出了基于Kirchhoff应力的Oldroyd客观导数的塑性刚度函数h的表达式,建立了相应的大应变本构关系。同时分析了以应力的Jaumann导数tΔ0与变形梯度F的第三不变量J的比tΔ0/J为客观应力导数时的情况,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应变本构关系时,本构形式相对稳定。     

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。     

粘土数值建模方法与Duncan模型的对比研究

以塑性体应变与塑性剪应变之间的相互作用原理为指导,对粘土本构关系的数值建模方法进行了研究。采用包含应力路径函数的两个本构泛函作为模型基本框架,可以反映出应力路径相关性。应力应变增量关系的表达式包含两个偏导数的交叉项,用于反映塑性体应变与塑性剪应变的相互作用。利用三轴试验结果建立了粘土的弹塑性本构模型,该模型能够反映出土的三大基本力学特性:压硬性、剪胀性和应力路径相关性。通过可视化,分别给出在整个应力场中剪切和体积的三维变形曲面。此外,从模型的理论基础、基本框架和预测结果等方面与Duncan模型进行对比,显示出数值建模方法优于传统方法。     

钢筋混凝土弹塑性损伤本构模型

钢筋混凝土在加载过程中内部应力应变是不均匀的,因而很难通过试验直接得出本构关系.为了避开非均匀性对研究本构关系带来的困难,通过钢筋混凝土的载荷变形关系,提出了钢筋混凝土弹塑性损伤本构模型.该模型假设钢筋混凝土的力学行为由两部分组成,一是由微裂纹形成的损伤行为,它具有零屈服强度的刚性完全塑性本构关系;二是基体行为,服从不包括软化的弹塑性本构关系.在加载过程中,变形的增加使前一种行为转化为后一种行为.模型包括4个阶段:线弹性阶段、混凝土为主体的弹塑性阶段、钢筋为主体的弹塑性阶段和应变软化阶段.模型反映了损伤引起了钢筋混凝土应变软化、剪切刚度降低和诱致各向异性.采用Willam-Wanke塑性本构描述混凝土的非线性行为,其参数标定通过Hsu的软化桁架理论以及VecchioCollins的修正压应力理论进行,考虑了钢筋混凝土中钢筋与混凝土之间的相互作用.运用此模型分析钢筋混凝土梁的载荷-挠度关系,并与实验结果相比较,验证了模型的正确性.     

基于微平面模型的混凝土本构矩阵

在Zdenek P Baant等人提出的微平面模型的基础上,提出了确定混凝土本构矩阵的逐步拟合方法.给出了基于微平面的应力-应变刚度矩阵,并采用逐步拟合法根据试验数据给出了微平面上应力-应变关系函数的量化形式.模型基于单轴试验数据进行拟合,可用于计算材料的多轴本构关系,也可用来进行隐式分析.     

超固结土的蛋形弹塑性本构模型

为了描述超固结软土在不同应力条件下的强度变形特征,以蛋形函数为基本框架,建立并发展适用于超固结土体的弹塑性本构模型. 通过对一系列超固结土应力路径三轴压缩试验结果的分析,探讨土体在超固结状态下塑性应变的发展规律(剪胀/剪缩). 在先前提出的旋转塑性势面流动法则基础上对其进行发展与改进,引入峰值应力比,构建剪胀状态下归一化塑性势面旋转角与应力状态参数之间的近似线性关系,以满足超固结土的塑性变形特性. 结合基于等效硬化参量的广义塑性功硬化原理构建超固结软土的蛋形弹塑性本构模型. 将三轴压缩试验数据与数值预测结果进行对比以验证模型有效性,结果表明该模型可以有效反映超固结软土在不同加载条件下的应力应变特性,比如软化与剪胀.     

多晶体、大变形的本构理论的晶体弹—塑性有限单元法

由面心立方晶体滑移特性而建立的矩阵形式的晶体弹塑性本构方程,根据滑移的泛函式,推导出了大变形条件下的晶体弹—塑性有限单元法的计算公式,并绘制了程序框图,对双晶铝试样采用八结点六面体等参单元进行了有限元计算,结果证明该方法是可行的。     

关于大变形条件下晶体弹—塑性本构关系的研究

考虑面心立方晶体滑移特性,晶格的转动,认为晶体的塑性变形是由滑移产生,且晶体内的弹性变形不受滑移的影响,并建立了计算模型。采用微观力学的方法,用矩阵形式推导了Jaumenn应力率的增量型的晶体弹—塑性的本构方程。     

纯弯曲理想弹塑性模型梁大变形的优化算法

目的研究纯弯曲理想弹塑性模型悬臂梁大变形问题.方法以受弯曲力偶作用的纯弯曲理想弹塑性模型悬臂梁变形后的平衡状态为研究对象，应力-应变关系采用理想弹塑性模型；再将其分为若干微段，通过整体坐标的递推关系式求得微段端点坐标，构建微段端点未知坐标的目标函数；最后确定纯弯曲理想弹塑性模型悬臂梁大变形的最优化问题，并编制相应优化程序进行求解.结果将本文优化算法用于分析典型算例，并同有限元方法的计算结果相比较，说明提出的优化算法的正确性和有效性.结论本文优化算法为纯弯曲理想弹塑性模型悬臂梁的非线性分析增加了一种新的处理方法，由于其是在变形后的位置上建立平衡方程，因此，适合于非线性分析，具有广阔的应用前景.     

Analysis of complete plasticity assumption for solid circular shaft under pure torsion and calculation of shear stress

The distribution of shear stress on the cross-section of plastic metal solid circular shaft under pure torsion yielding,the applicability of complete plastic model assumption and the shear stress formula were researched.Based on the shear stress formula of circular shaft under pure torsion in elastic stage,the formula of torque in elastic stage and the definition of yield,it is obtained that the yielding stage of plastic metal shaft under pure torsion is only a surface phenomenon of torque-torsion angle rel...