非局部损伤模型的客观性研究

为了解非局部模型在模拟应变软化现象时的客观性,文中首先介绍了几种常用的非局部模型,而后针对一个受拉杆问题,采用解析方法研究这些非局部模型能否解决进行应变软化问题数值模拟时存在的两个问题:网格依赖性和零能量消耗问题,得到了杆端位移关于应力、网格尺寸的表达式,并用图解表明这种关系。发现有的模型能够较好地解决这两个问题,而有些模型却不能克服这两个问题,解答也不能客观地反映结构的实际响应。因此有必要进一步深入研究非局部模型。     

一种非局部损伤模型

本文采用非局部损伤变量分析应变集中和分岔问题，推导出损伤介质变形局部化的充要条件。     

非局部非弹性损伤本构模型在混凝土材料中的应用

利用非局部非弹性损伤本构模型分析了混凝土材料在典型受力状态下的应力一应变关系及外载－位移关系，并与实验结果进行了比较，证明了该本构模型在混凝土材料应用中的可行性。     

软化材料有限元分析的一种非局部方法

本文讨论在软化材料的有限元分析中克服计算结果对单元网格敏感性的方法。首先对现在被认为是较为有效的梯度理论进行了简单的介绍与评述，接着在此基础上对其进行改进并提出一个更为简便有效的计算方法。最后本文给出几个算例，包括软化杆的拉伸、双轴实验的模拟及土坡稳定等三个问题，以展示所提出的计算方法的有效性。     

非饱和多孔介质动力应变局部变化数值模拟

在已有研究工作基础上对非饱和多孔介质应变局部化问题进行研究,给出非饱和多孔介质的分析控制方程,其中饱和度与毛细压力关系由实验给出。采取适用于非饱和砂土的改进的广义塑性本构模型对应局部变化过程进行数值模拟,给出了试件应变局部化发展过程以及孔隙压力的变化规律。对初始饱和土中所产生非饱和剪切带进行计算的结果表明,采用非饱和模型较饱和模型将获得更为合理的结果。     

基于非局部LSM优化的近场动力学及脆性材料变形模拟

在经典近场动力学模型的基础上,通过小变形假定将近场动力学中的微模量与经典理论中的弹性常数建立联系,引入可以反映非局部作用特性的核函数提高计算精度,利用刚度等效的方式建立有关微模量的线性方程组,并通过寻求不定线性方程组最小二乘(LSM)最小范数解的方式对近场动力学中微模量进行优化,根据二次规划得到最优非负模量。利用优化后的方法对二维平板在单轴和双轴荷载作用下的变形及含预制裂纹脆性材料在荷载下的裂纹扩展进行了模拟并将结果与理论经典近场动力学方法结果对比。结果表明:优化后的方法可以较好的反映结构在荷载条件下的变形与破坏特性,与经典方法相比材料变形模拟在最大误差及误差范围具有良好的改善,并且模拟裂纹扩展过程在同等计算成本下具有更优的收敛速度及收敛结果,进一步验证了所提出方法的有效性,有着较为广泛的应用前景。     

基于非共轴理论的各向异性砂土应变局部化分析

针对各向异性砂土应变局部化分析中本构模型存在的不足,采用非共轴理论进行改进。传统塑性位势理论采用各向同性假设,导致其模型不能描述非共轴特性和不能较好描述各向异性的不足,为克服传统塑性势理论的局限性,引入非共轴塑性理论建立了砂土的三维非共轴临界状态各向异性本构模型。考虑细观组构张量和应力张量的几何关系,改进模型即可描述主应力轴旋转条件下砂土材料状态的改变,材料状态变化直接导致模型的硬化规律和剪胀性发生变化,从而描述了原生各向异性的影响。非共轴修正后模型可以描述应力诱发各向异性和非共轴特性,结合分叉理论模型可以对不同沉积角度随围压变化的应变局部化特性进行分析。Toyoura砂的单剪试验和平面应变试验验证表明模型改进效果较好。     

考虑刚度非线性软化的修正硬化土模型

基于硬化土模型(HS模型)只能描述土体应变硬化行为和刚度线性软化现象,提出了考虑刚度非线性软化的修正硬化土模型。修正模型采用与分段幂函数关系描述初始骨干曲线,并考虑了初始静偏应力和加载速率对应力-应变关系的影响。修正HS模型能较好地描述不同初始静偏应力和加载速率下土体的应变硬化、应变软化和刚度非线性软化等特征。最后,基于原状杭州软粘土的三轴试验,验证了修正模型的合理性。     

饱和多孔介质中动力渗流耦合分析的Biot-Cosserat连续体模型与应变局部化有限元模拟

提出了适用于饱和多孔介质中应变局部化分析及动力渗流耦合分析的Biot-Cosserat连续体模型。基于饱和多孔介质动力渗流耦合分析的Biot理论,将固体骨架看作Cosserat连续体,并考虑旋转惯性,建立了饱和多孔介质动力渗流耦合分析的Biot-Cosserat连续体模型。基于Galerkin加权余量法,对所发展的模型推导了以固体骨架广义位移(包含旋转)及孔隙水压力为基本未知量的有限元公式。利用所发展的数值模型,对包含压力相关弹塑性固体骨架材料的饱和多孔介质进行了动力渗流耦合分析与应变局部化有限元模拟,结果表明,所发展的两相饱和多孔介质动力渗流耦合分析的Biot-Cosserat连续体模型能保持饱和两相介质应变局部化问题的适定性及模拟饱和多孔介质中由应变软化引起的应变局部化现象的有效性。     

非数值化产品形位描述模型

传统的形状及位置表示模型通常是建立在低层次的无应用意义的几何拓扑元素之上，因而无法很好地支持计算机辅助设计（ＣＡＤ）向实用化和智能化方向发展。本文提出了一种非数值化的基于约束的产品形位描述模型，并对该模型中存在的一些问题进行了深入的讨论。该模型符合设计人员实际设计思维与过程，同时也支持高层次产品设计信息以及产品的设计过程信息，因而为传统ＣＡＤ系统向新一代实用化智能化ＣＡＤ系统过渡提供了一个良好的产品形位表示模型。     

深部岩石渐进破损本构模型及其应用

深部岩石力学特性的数理描述与深部岩体的灾害控制密切相关。从岩石破坏过程和破坏机制出发,将代表性体元(RVE)划分为弹性区及剪切局部化带两个部分;并把剪切局部化带内的变形过程抽象为胶结强度弱化及摩擦强度增强两个阶段,重点考虑了这两个阶段一前一后发挥作用的破坏本质;同时采用细观链式模型及均匀化方法将破坏过程的细观特征与宏观力学特性相结合,建立了岩石局部化渐进破损本构模型的理论公式。模型计算结果与Yumlu和Ozbay试验结果吻合较好,证明了所提出模型的正确性。通过变化模型中的参数,进一步对深部岩石的局部化渐进破坏特征进行了分析,揭示了试样呈现"尺寸效应"、"形状效应"、应变软化及II型应力-应变曲线的内在原因及影响因素。     

一个钢筋混凝土损伤塑性本构模型及工程应用

以ABAQUS大型程序为平台,采用应变协调假设和强度等效假设,给出了一个描述钢筋混凝土材料与结构损伤塑性分析的本构模型。这里的钢筋强化特性是通过定义强化了的拉伸塑性应力-应变曲线来实现的。模型中的钢筋不再以独立的金属材料形式出现,而是被等效钢筋混凝土代表体元模型包含进去了,用拉伸应力-应变曲线峰值后区的硬化-软化强度曲线直接定义强化功能。这个模型着重对ABAQUS软件中给出的损伤塑性模型的拉伸强化-软化阶段的特性进行了完善。采用试件受单向拉伸和简支梁受集中力载荷两个简单算例说明了模型的有效性。最后该研究将这个模型用于一个受地表堆积载荷、土压力和地下水压力联合作用下的钢筋混凝土墙体结构的ABAQUS有限元损伤塑性数值分析中。     

多体非连续变形系统的计算力学模型及其应用

针对由不同特性物体所组成的多体系统,探讨了能够涵盖各种变形状态和运动形式的广义有限单元模式及其插值函数形式.对于多体接触问题,发展了能够合理描述界面特性的接触力元模型,即采用某种应力插值函数将界面上的相互作用力由接触对上的接触应力来表达,并将接触对上的接触应力当作需满足界面上屈服准则与流动法则等状态控制条件的参变量,将其作为约束条件加入系统控制方程.根据非连续变形系统的分区参变量最小势能变分原理,联立变分驻值条件与参变量的状态控制条件建立了多体系统非连续变形计算力学分析的基本控制方程,将问题最终归结为一个含有自由变量和等式约束条件的线性互补问题,对此发展了数值解法,并进行了多个算例的数值分析.计算结果表明该模型不仅能够对多体系统进行静、动力耦合分析,而且还能够模拟多体系统的变形与应力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.     

A GENERALIZED VARIABLE FORMULATION FOR GRADIENT DEPENDENT SOFTENING PLASTICITY

A mesh-independent finite element method for elastoplastic problems with softening is proposed. The regularization of the boundary value problem is achieved introducing in the yield function the second order gradient of the plastic multiplier. The backward-difference integrated finite-step problem enriched with the gradient term is given a variational formulation where the consitutive equations are treated in weak form as well as the other field equations. A predictor–corrector scheme is proposed for the solution of the non-linear algebraic problem resulting from the finite element discretization of the functional. The expression of the consistent tangent matrix is provided and the corrector phase is formulated as a Linear Complementarity Problem. The effectiveness of the proposed methodology is verified by one- and two-dimensional tests.     

土与结构接触面土体软/硬化本构模型及数值实现

基于土与结构接触面变形特性分析,将接触面土体的剪切滑动面与单元体三维应力状态下的八面体面相对应,通过土的三维弹塑性本构模型在八面体面上的剪切应力-应变关系,建立了接触面土体剪切应力-应变关系;将接触面土体法向压缩变形与侧限压缩条件相对应,通过侧限压缩条件下的荷载变形关系,建立了接触面土体法向应力-应变关系;进一步将接触面土体切向与法向耦合,建立了接触面土体本构模型,模型只有4个材料参数,参数物理意义明确,可由等向压缩试验和常规三轴压缩试验确定。与接触面土体试验结果的对比分析表明,所建立的本构模型可较好地描述接触面土体切向软/硬化特性与法向变形规律。结合有限元软件ABAQUS,编制了FRIC模型子程序,通过模拟土与结构界面剪切滑移过程表明,编制的FRIC子程序可较好地模拟土与结构界面接触的非线性力学行为。     

剪力墙多垂直杆单元模型的改进及应用

对目前多垂直杆单元模型考虑剪切变形的三种方法进行了探讨和对比,提出了一种更为合理的刚度矩阵形式.结合钢筋混凝土拉压滞变模型和剪切滞变模型,可对剪力墙进行非线性分析.最后,提供了一个算例,并与试验结果比较,表明该模型具有较好的计算精度.     

钢筋销栓模型及其在深梁分析中的应用

本文提出了一个用于有限元分析的钢筋销栓作用模型。该模型采用分布模式来处理钢筋的横向销栓力和横向变形,以便与钢筋的整体式模型和混凝土的分布裂缝模型相协调。在有限元分析中采用了位移控制的割线刚度迭代法,可以进行荷载位移曲线下降段的分析计算。对深梁试件的分析表明,本文提出的钢筋混凝土模型可以准确分析试件的荷载变形特性。同时发现,纵向主筋的销栓作用对深梁的承载力和变形能力都有重要的影响。     

软化与硬化特性转化的岩石损伤统计本构模型之研究

首先将在应力作用下的岩石材料抽象为破坏与未破坏两部分,并根据这两部分不同的受力情况,通过引进岩石材料屈服或破坏的能量原理,建立岩石损伤模型;其次,利用统计损伤理论,建立能够反映岩石破裂全过程的统计损伤演化方程,进而建立特定围压下的岩石损伤统计本构模型;最后,通过探讨模型参数与围压的经验关系,对模型进行合理修正,从而建立出反映不同围压条件下的岩石破裂全过程的统一三维损伤统计本构模型。该模型参数少,便于工程应用,尤其是它能够反映岩石软化与硬化特性随围压变化而相互转化的特征,与试验结果进行比较分析表明,该模型与实测结果吻合良好。     

工程结构分析新理论及其应用

本文将第一作者于１９８３年提出的双剪强度理论和１９９０年提出的统一强度理论推广为涵义更广的统一强度理论弹塑性本构模型，并将它们在计算机程序中实现，应用于结构弹塑性分析。统一强度理论及其弹塑性本构模型和相应的统一弹塑性计算程序，包含了现有的各种主要强度理论和新的可能的强度理论，它可以适用于范围十分广泛的各种工程材料和工程结构的弹塑性分析和塑性极限分析，它们的工程应用还能取得较大的经济效益，即更有效地发挥材料的强度潜力和节省工程投资。