沈阳圆砾土的扰动状态修正本构模型研究

对沈阳圆砾土进行三轴固结排水剪切试验;基于扰动状态理论,采用相对密实度Dr为扰动参量,提出统一扰动度函数,将其引入D-C模型中,提出适用于沈阳圆砾的修正D-C。试验结果表明,中密或密实状态圆砾土的应力-应变关系呈应变软化型,峰值强度随Dr的增大而增大,传统D-C模型中的参数K和峰值强度受扰动影响程度较大。采用作者提出的考虑扰动影响的修正模型计算结果较传统D-C模型更接近于真实的试验结果,该修正模型能更好地模拟沈阳圆砾土的强度与变形特性。     

建筑用钢循环塑性本构模型

本文简述建筑用钢循环塑性本构响应特性及现有建筑用钢循环塑性本构模型的发展及应用。     

考虑附加强化效应的多轴稳态循环塑性本构模型

已有试验结果表明,非比例循环加载下应变主轴连续旋转,导致多滑移系开动,阻碍材料内部形成稳定的位错结构,使非比例加载下的应力-应变曲线高于比例加载下的应力-应变曲线,从而产生非比例附加强化现象.由此,从应力空间表述的塑性增量本构模型一般形式出发,建立一个能够反映非比例附加强化效应的稳态循环塑性本构模型.在Armstrong-Frederick模型背应力演化方程的基础上,新模型通过引入非比例度因子和附加强化系数,构建了一个新的背应力演化方程.然后,通过一致性条件建立塑性模量方程与背应力之间的关系.同时,利用最小法向应变范围,提出一种计算非比例度因子的新方法,并针对一般的多轴加载情形,明确最小法向应变范围的计算步骤.新模型从加载路径和材料本身两个方面来考虑非比例附加强化效应的影响,克服Armstrong-Frederick模型中材料常数确定方法繁琐,且通过单轴疲劳试验数据确定的材料常数不能很好地反映材料非比例附加强化现象的不足.应用新模型时,仅仅需要3个独立的常规力学参量和2个疲劳参数,便于工程应用.利用多种多轴加载路径下S460N钢和304不锈钢的试验结果对模型进行验证,预测结果与试验结果吻合良好.     

小应变亚塑性黏土本构模型在PLAXIS中的实现及应用

针对小应变亚塑性黏土本构模型参数物理意义不明确、工程应用困难,基于PLAXIS有限元软件用户自定义材料属性的二次开发接口,自定义本构模型参数,开发小应变亚塑性黏土本构模型子程序,用于模拟分析单调载荷作用下多特蒙德黏土和循环载荷作用下高岭土的变形过程,并与文献试验结果进行对比,验证了子程序的合理性。在此基础上,将开发的子程序模拟分析京张高铁官厅湖段湖相沉积黏土在列车动循环载荷作用下的变形特征。结果表明:随载荷循环次数的增加,湖相沉积黏土变形逐渐增大并趋于稳定,模拟结果较好地体现了黏性土体在循环载荷作用下的基本力学特征,且与试验结果基本一致,验证了二次开发的小应变亚塑性黏土本构模型子程序在实际工程中的适用性。     

损伤材料的无屈服粘塑性本构模型

利用Ｓｈｉｍａ和Ｏｙａｎｅ给出的一套塑性热函数,修正了经典粘塑性本构研究的Ｂ－Ｐ模型,新的模型计入了损伤的影响,此外,由该模型自然可以得到损伤材料的塑性可压缩性,由于采用了简洁的塑性势子数,无屈服Ｂ－Ｐ模型形式简洁,便于工程应用,作了例子,计算了单轴拉伸时流动应力的率敏感性,其计算结果与以往的工作十分吻合。     

非饱和土本构模型中考虑含水率的应力-应变曲线的构建方法

非饱和土的变形除受应力影响外,还与土中含水率及其变化有关。在非饱和土计算模型中引入含水率,虽然建立的是经验公式,但非常直观,作为一种近似而实用的处理方法值得深入研究和进一步发展。分别从加工硬化曲线的试验参数与含水率的关系和加工硬化曲线的割线模量与含水率的关系两个不同的角度出发,提出了考虑含水率的应力-应变关系曲线的构建方法。结合具体试验展示了2种方法的实现过程,并对模型的合理性进行检验。检验的结果表明2种方法的计算值均能于试验值较好吻合。依据试验结果对2种模型进行了比较。结果表明方法1的计算值要比方法2的计算值稍小。     

基于应变率影响的纳晶材料本构模型

建立了一种包含规则的晶内相和塑性软化晶界位错堆积区相的双相混合模型来研究应变率对纳米晶材料力学性能的影响。根据相混合模型,建立了一种全新的以位错密度演化机制和应变梯度理论为基础的应力-应变本构关系。将本构模型计算结果与实验结果对比发现,两者符合得很好,但数值模拟表现出应变硬化行为。计算发现,由于位错线长度的降低,纳晶材料的应变率敏感系数远远高于粗晶材料。     

考虑热粘塑性钛合金动态本构关系及其实验验证

由于钛合金在冲击载荷的特殊力学性能,经典Johnson-Cook本构模型不能很好地描述钛合金在高应变率下的热粘塑性变形,以及因热粘塑性耗散而导致温度应力降低的定量关系。本文提出了功热转换系数β与应变率 之间的指数关系,发展了一种修正的Johnson-Cook模型,建立了应变率、热粘塑性耗散功与温度应力降低的函数关系,并引入以最小二乘法为目标函数的局域搜索优化算法,能快速确定修正方程中的各待定参数,最后采用修正本构模型的增量形式描述了Ti-6Al-4V钛合金在应变控制条件下,在不同应变率、温度下的单轴动态应力-应变曲线。数值模拟和文献中实验数据吻合良好,表明本文发展的确定修正本构方程中各待定参数的算法和程序,具有概念清晰、精度高简单实用的特点,建立的修正Johnson-Cook模型很好的描述钛合金在高应变率下的热粘塑性特性。     

超塑性本构关系的研究

研究了超塑变形过程中晶粒和孔洞的长大规律及其对变形中流动应力的影响，导出了只包含晶粒长大和同时包含晶粒长大和孔洞长大的超塑性本构关系。经研究发现，人们目前普遍采用的Ｂａｃｋｏｆｔｅｎ方程和Ｒｏｓｓｅｒｄ方程是本研究的特例。同时对其进行了验证，结果令人满意。     

非均匀强化塑性模型的统一弹塑性本构关系

介绍了三参数统一强度理论和非均匀强化塑性模型，并利用三参数统一强度理论对非均匀强化塑性模型进行推导，得出了其在强化过程中的弹塑性本构关系。所得模型考虑了材料的拉伸强度与压缩强度不等、双轴等压强度与单轴等压强度不等的情况。当取不同的参数b和a时，该本构关系退化为Mohr-Coulomb、Tresca和双剪强度理论等在非均匀强化塑性模型下的本构体系，因而可以适用于各类工程材料和不同的受力情况，有重要的工程应用价值。     

塑性状态下三维应力应变状态分析

在主向空间内分析了塑性状态下三维应力应变状态．利用坐标变换的方法,求出了任一截面上的应力应变分量．引用平均应力应变、第二偏应力应变不变量、罗地参数建立新的应力、应变空间,计算得出由这些参数表示的任一截面上的应力和应变分量值．     

考虑结构状态扰动的天然黏土一维压缩模型

为了探索结构性黏土的一维压缩特性模拟方法,广泛调查研究了中国12种典型的结构性黏土的一维压缩试验,分析比较了这些黏土的原状土样和重塑土样的一维压缩试验结果,通过引入“结构比”变量并建立其破坏规律,提出了一个简单的可以描述结构性黏土一维压缩特性的模拟方法,并利用扰动状态概念推广此方法至扰动状态模型.最后,应用此模型模拟了结构性黏土的一维压缩实验,验证了此模拟方法的适用性.     

基于混合物理论的饱和介质体应变本构模型

为了解决饱和多孔介质的建模问题,采用工程混合物理论建立了饱和多孔介质体积本构理论框架。首先,假定多孔固相与流相基质体积变形功相互独立,采用Terzaghi有效球应力、孔压和流体基质压力作为本构模型的应力状态变量,获得了固相、固相基质和流相基质体应变的余能表达式。其次,根据Lade和De Boer模型试验加卸载测试数据,建立了加卸载阶段饱和多孔白塞木立方体流固两相体积本构方程,推导了固相体积切线模量、Biot切线系数和流相Biot切线模量等力学参数计算公式。分析了加载阶段固相体积切线模量,Biot切线系数,流相Biot切线模量等力学参数随Terzaghi有效球应力和孔压变化规律。最后,根据本文体积本构模型和静力平衡方程建立了饱和多孔介质的一维固结方程,数值分析了饱和多孔白塞木立方体的固结特性,获得了固结度和沉降随时间变化曲线。研究表明,固相体积切线模量随Terzaghi有效球应力的增大而增大,随孔压 的增大而减小。Biot切线系数介于0.42~0.95之间,随Terzaghi有效球应力和孔压的增大而减小。流体Biot切线模量随Terzaghi有效球应力增大而先减小后增大,随孔压增大而减小。孔压切线系数在大多数情况下小于1.0。考虑固相基质变形时饱和多孔介质的初始孔压不等于外荷载,因此饱和多孔介质在外荷载作用下存在瞬时沉降。本文提出的建模方法可用于非线性饱和多孔介质的建模和数值分析工作。     

基于不可逆热力学的形状记忆合金相变塑性统一本构模型研究

为了获得能够描述形状记忆NiTi合金相变和塑性行为的本构关系,基于不可逆热力学,假设两个内变量,分别推导了相变演化规律和塑性演化规律,以及NiTi合金本构模型的主控方程。将导出的本构方程写成一维的增量形式,编制FORTRAN程序,将本构模型进行了程序实现。结合单轴加载的实验曲线、非线性拟合的方法确定该本构模型的相关参数。比较实验结果,验证了该本构模型的合理性。该模型能很好地描述随着载荷不断增加,NiTi合金表现出的母相弹性、马氏体相变、马氏体弹性以及马氏体塑性流动行为,同时,对于应变率效应也能够较为理想地描述。所建立宏观唯象本构模型,参数易确定,为NiTi合金在更加苛刻、极端的环境下的工程应用打下基础。     

基于反耗散概念的单轴粘塑性损伤本构模型

利用引入不同逆热力学中反耗散概念和适当构造Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ自由能表达式，推导了一单轴粘塑性损伤本构模型，经过讨论和试算，表明该模型能够描述蠕变的初始，稳定和加速三个阶段。     

高温下TC4合金的黏塑性本构模型研究

TC4合金广泛应用于高温环境下,基于TC4合金的单轴蠕变试验和高温拉伸试验研究了其高温下的黏塑性本构模型。提出一种不统一的考虑损伤的黏塑性本构模型,将非弹性应变分解为蠕变应变和塑性应变两部分,蠕变应变采用多轴延性耗竭模型计算,塑性应变通过考虑损伤和随动硬化的屈服函数计算,并推导了该模型的有限元隐式积分算法和一致切向模量。使用遗传算法确定了该模型所需的材料参数,通过Abaqus有限元软件的UMAT子程序将该模型进行编程并采用三维八节点等参单元进行计算。由计算结果可知,该模型可以有效地预测TC4合金蠕变曲线的3个阶段以及高温拉伸过程中的软化阶段。     

混凝土本构关系边界面模型的改进

本文在文献［１］的研究基础上，通过大量计算，对原有的混凝土边界面模型进行了修改，改进后的模型与实验结果比较，吻合良好。     

考虑中主应力效应Gudehus-Bauer亚塑性模型的改进

针对Gudehus-Bauer亚塑性模型不能考虑中主应力影响,在Gudehus提出的响应包络线理论基础上,提出了在模型的非线性项乘以一个考虑中主应力的因子进行改进.这种改进增加了土体剪切时的强度,改变了土体受压时的变形.新模型对中主应力的变化在中主应力参数影响程度能够有一定反映.同时将改进后的模型与中主应力参数为常量的真三轴实验进行了比较.结果表明改进后的模型可以模拟中主应力对砂土强度和变形特性的影响,能够定量预测由于中主应力影响产生的体积应变.     

平均应力及塑性体积变形敏感材料全量型本构关系及其应用

对拉压性能相同的全量理论加以推广，使其成为能够反映具有塑性体积变形及平均应力敏感特点的拉压性能不同材料的本构模型，并用该本构模型进行了平面应变条件下厚壁圆筒的应力分析，由分析可凶，对于拉压性能不同材料，考虑到平均应力及塑性体积变形敏感时，是不能将其简化为拉压性能相同，体积不可压缩的理想材料的。