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.     

Parameters Sensitivity Analysis and Correction for Concrete Damage Plastic Model

In order to understand the effect of hardening ductility parameters and softening ductility parameters of the concrete damage plastic model in LS-DYNA,a sensitivity and reliability analysis of these parameters through a convenient cube unit test was conducted.The results showed that the peak strength strain was independent of the hardening ductility parameter DH,but affected by AH,BH,and CH.The softening ductility was mainly related to the softening ductility parameter AS,but not affected by the damage ductility exponent BS.In case that the model with default parameters failed to match the AS-controlled damage softening phase,an optimized model with an AS correction was developed.The corrected model with the AS value of 2 matched well with the code model,and exhibited good feasibility in predicting the stress-strain curve of different grades of concrete.Moreover,the practicability of the corrected model was further validated by the conventional triaxial test.The simulated curve exhibited favorable consistence with the trial curve.Therefore,the model with parameter correction could provide a prospective reference for predicting the mechanical properties of concrete.     

Parameters Sensitivity Analysis and Correction for Concrete Damage Plastic Model

In order to understand the effect of hardening ductility parameters and softening ductility parameters of the concrete damage plastic model in LS-DYNA,a sensitivity and reliability analysis of these parameters through a convenient cube unit test was conducted.The results showed that the peak strength strain was independent of the hardening ductility parameter DH,but affected by AH,BH,and CH.The softening ductility was mainly related to the softening ductility parameter AS,but not affected by the damage ductility exponent BS.In case that the model with default parameters failed to match the AS-controlled damage softening phase,an optimized model with an AS correction was developed.The corrected model with the AS value of 2 matched well with the code model,and exhibited good feasibility in predicting the stress-strain curve of different grades of concrete.Moreover,the practicability of the corrected model was further validated by the conventional triaxial test.The simulated curve exhibited favorable consistence with the trial curve.Therefore,the model with parameter correction could provide a prospective reference for predicting the mechanical properties of concrete.     

混凝土单轴受压本构模型及其应用

通过一个细观模型,从损伤的角度解释混凝土在压应力作用下应力-应变关系的非线性和应变软化,根据等效应变假设和损伤力学基本原理,建立了单轴受压混凝土的弹塑性损伤本构模型,可导出已有单轴受压本构关系,并能反映混凝土的刚度退化和卸载后的残余变形;提出一类损伤函数和塑性变形经验表达式,利用应力-应变曲线特征条件和优化算法确定模型参数;与已有受压试验结果相比较,结果吻合良好.     

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.     

双内时概念及弹塑性损伤双内时本构模型

Ｖａｌａｎｉｓ体系中的内时本构关系属于弹塑性本构关系，本文的目的是用内时理论的思想来推导弹塑性损伤本构模型，文中首先构造了隐含损伤的Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ自由表表达式，之后又引入了双内时的概念，即把内时分成了塑性内时和损伤内时，并给出了分别用两种内时表示的塑性内变量和损伤内变量演化方程，以此为基础得到了弹塑性损伤双内时本构模型，经过讨论得出了材料为各向同性有关塑性的两种特性的约束条件和有关损伤的三种特     

大理岩三点弯曲梁弹塑性损伤破坏研究

在应变空间内,推导出弹塑性损伤增量本构方程,通过自编程序实现该本构方程,同时将此程序实现了并行算法;建立了三点弯曲梁二维及三维细观尺度数值试样,分别进行相应地弹塑性损伤破坏数值模拟,作了相应的对比分析,在数值模拟中,提出破坏单元网格消去法,模拟裂纹扩展。研究发现:数值试验同物理试验较吻合,且与理论分析是一致的;由于三维试样细观单元的非线性比二维在空间上更为离散,由三维细观单元弹塑性损伤非线性反映宏观试样的非线性,更能深入地研究细观破坏机理;提出的破坏单元网格消去法为有限元清晰模拟裂纹开辟了新的途径;并行算法程序的实现为应用于大型三维水利水电工程奠定了基础。     

混凝土塑性损伤ABAQUS用户子程序开发

通过ABAQUS软件提供的UMAT子程序将一种新的考虑应力三轴比依赖特性的塑性损伤本构模型植入到现有的ABAQUS软件材料库中,并用UVARM子程序将自定义的损伤变量输出到结果文件.odb中进行结果图形显示.用FORTRAN语言按照ABAQUS规定的用户材料子程序的格式编写子程序,利用接口将两者联系起来.通过混凝土立方体单元单轴受压的算例和混凝土简支梁中心受集中力载荷两个算例,验证了模型和程序的有效性.由于在ABAQUS中增加了一种新的材料本构模型,有效地改进了Abaqus软件的功能.     

钢筋混凝土梁柱边节点滞回性能数值模拟

为准确模拟梁柱边节点在地震条件作用下的滞回响应,建立考虑黏结退化机制的梁柱边节点有限元模型。基于ANSYS有限元平台,采用Voce-Chaboche混合强化模型定义钢筋的循环本构关系,开发组合弹簧单元实现往复荷载作用下钢筋与混凝土间的黏结退化机制,根据损伤理论提出往复荷载作用下黏结滑移本构关系预测模型。有限元计算得到的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、应力云图与试验结果的对比表明：混合强化本构能更好地描述往复荷载作用下钢筋的滞回响应,组合弹簧单元成功地反演了往复荷载作用下钢筋与混凝土的黏结退化特征,往复荷载作用下节点梁中塑性铰的发育导致梁塑性伸长,将对边节点柱造成不利影响,梁柱边节点数值模拟结果与试验结果吻合良好,为准确模拟梁柱边节点的滞回性能提供了理论基础和技术平台。     

多层钢筋混凝土结构的概率弹塑性抗震设计

确定了多层钢筋混凝土结构层恢复力模型(光滑模型)参数与结构层间主要设计参数的关系;进而在结构弹塑性随机动力分析的基础上,以变形与滞回耗能的线性组合定义结构的破损度,提出了多层钢筋混凝土结构在随机地震动作用下的期望破损度设计和可靠性设计方法。最后给出了一栋八层房屋的分析设计算例。     

基于ABAQUS的钢筋混凝土结构本构模型对比分析

阐述了钢筋混凝土的弹性和弹塑性损伤本构关系,采用ABAQUS软件对钢筋混凝土梁进行了弹性、弹塑性损伤分析,并对计算结果进行了对比研究,给出了ABAQUS软件中常用的混凝土弹性本构模型及弹塑性损伤本构模型的应用要点,验证了模型的有效性和实用性.可为钢筋混凝土结构的进一步分析提供参考.     

基于临界平面法的混凝土疲劳寿命预测研究

利用疲劳分析的临界平面方法和有限元分析手段,以塑性应变能密度为损伤参量,计算混凝土疲劳试件在疲劳载荷作用下的累积损伤,得到损伤累积规律,结合实验结果建立疲劳损伤累积方程,并得到临界最大累积损伤及其产生的位置.考虑载荷水平的影响,得到规范化的临界塑性应变能密度和应力水平的关系方程.结合疲劳损伤累积方程和损伤与应力水平关系方程,对试件疲劳寿命进行预测,预测结果与实验结果吻合很好.     

混凝土弹塑性损伤本构理论的研究

所讨论的模型和方法都是以连续介质力学和不可逆热力学为基础的，提出了新的混凝土弹塑性损伤本构模型.在该模型中采用了三个内变量，即塑性应变、各向同性损伤标量D以及应变梯，其中应变梯度反应了损伤的非局部性质，因此本模型是梯度依赖的非局部损伤模型.这个新的本构关系模型严格满足热力学的基本方程，在理论上是严密的.     

Modeling of state parameter and hardening function for granular materials

A modified plastic strain energy as hardening state parameter for dense sand was proposed, based on the results from a series of drained plane strain tests on saturated dense Japanese Toyoura sand with precise stress and strain measurements along many stress paths. In addition, a unique hardening function between the plastic strain en--ergy and the instantaneous stress path was also presented, which was independent of stress history. The proposed state parameter and hardening function was directly verified by the simple numerical integration method. It is shown that the proposed hardening function is independent of stress history and stress path and is appropriate to be used as the hardening rule in constitutive modeling for dense sand, and it is also capable of simulating the effects on the de-formation characteristics of stress history and stress path for dense sand.     

考虑尺寸效应的厚壁圆筒统一塑性极限解

为了扩大传统厚壁圆筒塑性极限理论的应用范围,基于俞茂宏统一屈服准则和应变梯度塑性理论,对由拉压强度相等的线性硬化材料组成的受内压厚壁圆筒进行塑性极限分析,得到考虑尺寸效应的厚壁圆筒统一塑性极限解.该统一解可以适用于各种拉压强度相等的材料,现有相应的传统解均为它的特例.利用得到的统一解,分析圆筒塑性极限荷载的尺寸效应.结果表明,当厚壁圆筒的特征尺寸为μm量级时,塑性极限荷载有显著的尺寸效应.研究厚壁圆筒塑性极限荷载和材料硬化程度的关系,发现塑性极限荷载随着材料的硬化程度增加而增大.     

Effect of dynamic loading conditions on the dynamic performance of MP1 energy-absorbing rockbolts: Insight from laboratory drop test

Energy-absorbing rockbolts have been widely adopted in burst-prone excavation support, and their serviceability is closely related to the frequency and magnitude of seismic events. In this research, the splittube drop test with varying impact energy was conducted to reproduce the dynamic performance of MP1rockbolts under a wide range of seismic event magnitudes. The test results showed that the impact process could be subdivided into four distinct stages, i.e. mobilization, strain hardening, pla...     

几种循环塑性模型的剖析和比较研究

首先阐明循环塑性模型需满足的力学条件：连续与光滑条件，曼辛效应与棘轮效应。基于这些条件，对多面、无限多面、两面、单面、边界面、次加载面模型等几种常见的循环塑性模型的基本特性进行深入而系统的剖析，对它们预测材料循环加载特性的能力进行分析与比较。结果表明：多面模型与无限多面模型反映的是过强的滞回效应，无法反映变形的积累性；两面、单面与边界面模型反映的是较弱的滞回效应与较大的积累变形；次加载面模型满足循环塑性模型所要求的力学条件，可以控制曼辛系数，能较好地反映材料的循环加载特性，将次加载面思想与广义塑性力学结合，可望建立更合理的循环塑性模型。     

化学粘结栓的弹性分析及设计建议

化学粘结栓（也称为结栓）或植筋体系，因其工艺简单，锚固快捷，安全可靠的优点被广泛应用于结构维修，改造或新建结构中，它是一种后锚固技术，后锚固技术与预埋锚固技术有明显不同的工作理或粘结机理，而且目前也没有通行的设计标准。本文利用能量原则，对粘结栓体系或植筋体系进行弹性分析，推导出体系的极限承载力计算公式，建立了以弹性分析为基础的粘结栓承载力计算公式。通过试验数据证实了公式的可靠性，给出了供制定《混凝土用建筑锚栓》；《混凝土用建筑锚栓技术规程》等标准参考的设计建议。     

岩石塑性对超深储层裂缝闭合的影响研究

为了分析岩石塑性对生产过程中裂缝闭合的影响,在Herz接触模型基础上,采用Drucker-Prager屈服准则,建立了弹塑性裂缝闭合模型,分析了不同地应力和岩石塑性参数对裂缝闭合行为的影响。结果表明:弹性模量、硬化参数和粘聚力是影响塑性裂缝闭合的关键因素。粘聚力越大,初始屈服应力就越大。硬化参数与弹性模量的比值越大,后继屈服应力越大,裂缝闭合塑性效应越弱。另外,地应力对裂缝闭合也有较大的影响,在裂缝面法向上的正应力越大,裂缝闭合塑性效应系数越高。     

超高性能混凝土-螺旋钢纤维拉拔力的解析解及实验验证

为了研究螺旋钢纤维增强超高性能混凝土（UHPC）的破坏力学机理,开展不同埋长的纤维单根拉拔实验,得到拉拔力-位移全过程曲线,采用微观X光断层扫描（XCT）对拉拔前、后的基体变形进行观测.实验结果显示,矩形截面螺旋钢纤维拉拔过程分为近似线性脱黏段、塑性解螺旋段和骤降段,可以简化为三折线;XCT图像显示拉拔前、后UHPC基体通道未见明显破坏,揭示了螺旋钢纤维单根拉拔过程的“解螺旋”塑性变形机理;只要纤维埋长大于有效解螺旋长度,则解螺旋段的拉拔力与埋长无关.基于以上实验现象和塑性力学理论,推导了矩形截面钢纤维解螺旋拉拔力的简化解析解公式,与实验结果吻合良好.