强震作用下钢材等效本构模型应用研究

为研究考虑损伤退化的钢材等效本构模型在整体框架中的应用及其用于强震作用下钢框架结构弹塑性时程分析的可行性,选取已有典型钢框架静力及动力试验,对其分别采用等效本构模型和传统的两折线模型进行计算,并与试验结果进行对比分析,验证等效本构模型的可靠性和对计算精度的提高作用。在此基础上,将等效本构模型应用于10层钢框架结构抗震性能分析中,采用增量动力分析法,研究损伤累积退化对多高层钢框架结构强震作用下动力响应的影响,并与不考虑损伤退化的模型计算结果进行对比分析。分析结果表明：累积损伤退化的发生会加剧结构的动力响应,若不考虑此影响,会低估结构变形,导致结构存在一定的安全隐患。采用等效本构模型的增量动力分析能够较为合理地反映结构在强震作用下的承载性能退化现象,但不同地震波作用下的计算结果差异较大。     

循环荷载作用下钢材的试验及本构模型研究

为了研究钢材的超低周疲劳性能及循环荷载作用下的本构关系,对50组Q235-B和Q345-B钢材进行超低周疲劳试验。研究了Q235-B和Q345-B钢材的力学性能,如:单调加载性能、滞回性能及滞回准则。通过对钢材全过程滞回性能的研究,建立了循环荷载作用下钢材的简化单轴本构模型。基于有限元软件ABAQUS的用户子程序接口UMAT,用户可自定义钢材的单轴本构属性。通过引入纤维梁单元,可利用单轴本构模型进行结构分析。通过对比各种荷载作用下Q235-B和Q345-B钢材的试验数据,验证了本模型的正确性,利用本模型可进行钢框架的非线性时程分析。试验和数值分析结果均表明:Q235-B和Q345-B钢材在循环荷载和单调荷载作用下的性能有很大不同,钢材屈服后,循环荷载作用下的骨架曲线比单调荷载作用下更高;循环次数和振幅大小对材料韧性的影响很大。当受循环荷载作用时,钢材提前发生颈缩和断裂,这表明累积损伤降低了钢材的韧性。     

循环荷载作用下锈蚀钢材滞回性能与本构模型

为研究循环荷载作用下锈蚀钢材的滞回性能,采用人工加速腐蚀及自然暴露腐蚀的方法获取了17组锈蚀试件,并对其开展单调拉伸及循环加载试验,分析了单调拉伸曲线、滞回曲线和骨架曲线等的差异性,得到了锈蚀钢材单调拉伸与滞回性能退化规律,基于混合强化模型提出了材料参数随腐蚀程度、等效塑性应变的退化表达式,进而建立了锈蚀钢材塑性本构模型。研究结果表明：单调拉伸作用下,锈蚀导致钢材屈服平台缩短、抗拉强度和断裂伸长率降低;锈蚀钢材单调曲线和滞回曲线存在显著差别,锈蚀加剧钢材循环强化,循环损伤累积则进一步加剧锈蚀钢材延性退化,造成峰值点应变、断裂应变和滞回耗能大幅降低,但对抗拉强度的影响较小。通过锈蚀钢材塑性本构模型应力 应变模拟曲线与试验曲线的对比,验证了所提模型的可靠性。     

考虑塑性变形的岩石损伤本构模型初步研究

利用细观力学的Eshelby等效夹杂方法建立了考虑损伤和无损岩石塑性变形的Helmholtz自由比能函数，并用连续损伤介质力学方法推导出了考虑损伤和无损岩石塑性变形耦合的岩石弹塑性损伤本构关系，给出了损伤演化方程和塑性应变发展方程，该模型还反映了岩石损伤部分不能承受拉应力等力学特性。     

混凝土受压损伤本构模型及其数值验证

利用能量等效假设,结合混凝土结构设计规范中的混凝土受压本构关系,引入标量形式的损伤变量,提出了新的混凝土损伤模型,以用于混凝土结构的损伤分析。新的损伤演化方程中的材料参数值完全由试验标定;以单边切口混凝土梁的四点剪切加载为例,在ABAQUS有限元分析软件中采用该模型进行结构损伤分析,结果表明,模型损伤演化结果符合数字散斑试验结果趋势,说明该损伤模型用于混凝土结构损伤分析是可行的。     

混凝土多轴弹塑性损伤本构模型

建立了混凝土的多轴弹塑性损伤本构模型.考虑到混凝土在受拉和受压荷载作用下的不同破坏机理,将应力张量分解成受拉和受压两部分,定义了塑性屈服函数,从而达到考虑混凝土塑性变形的目的.在连续损伤力学理论的框架内定义了相应的损伤变量,并分别给出了损伤准则,以描述材料的不同损伤过程.对混凝土的单/双轴受拉和单/双轴受压四种加载情形进行了数值计算,并与相关的试验对比,结果验证了模型的正确性及有效性.     

混凝土损伤本构模型

结合国内外资料,列举了几种具有代表性的混凝土损伤本构模型,详细介绍了各种模型的优缺点,并提出了今后的研究任务和目标。     

考虑渐进性破坏的岩石损伤本构模型研究

根据连续损伤理论和统计强度理论,从岩石材料内部包含大量随机分布的微裂隙等缺陷的特点出发,采用修正的Harris函数作为岩石损伤参量的数学模型,并结合Hoek-Brown准则建立能反映岩石破裂全过程的损伤本构模型。通过引入损伤系数J,较好地反映了岩石的渐进破坏特性,也在一定程度上表征了这种准脆性材料的非均匀性和各向异性。利用多元函数极值理论,并依据试验曲线的特征参量,确定出损伤本构模型参数,最后用试验数据对模型进行了验证。通过比较分析说明了该模型的合理性和可行性,在此基础上,探讨了相关参数对理论曲线与试验曲线吻合程度的影响,从而对实际工程具有一定的参考价值。     

三向荷载作用下圆钢管材料本构模型研究

空间网格结构在地震作用下,材料塑性发展严重,材料损伤将对结构的性能产生重要影响。为得到能够精确反应空间网格结构在复杂荷载作用下材料损伤累积的本构模型,设计空间结构常用圆钢管进行三向加载试验,通过不同的加载方案考察试件的空间滞回特性;编制考虑损伤和裂纹效应的ABAQUS用户子程序对试验进行数值模拟,利用试验曲线与数值曲线...     

岩石损伤统计本构模型的研究

基于概率论和损伤力学对岩石在荷载作用下的破坏，损伤和弹塑性变形等特征进行了探讨，建立了弹塑性损伤统计本构模型。在损伤演化方程中全部采用有效应力，并能反映岩石剩余强度，与试验结果的比较显示了该模型的合理性。     

圆钢管空间滞回试验及材料本构模型

在多种方案对比的基础上,设计圆钢管空间滞回试验,该试验中的加载装置适用于空间三向加载;试验考虑了构件不同长细比、不同空间加载方案的情况,据此设计加载、监测及数据采集系统;通过试验得到不同长细比、不同加载方案下的圆钢管荷载位移滞回曲线,考察这些试验数据随参数变化的规律;编制基于通用有限元软件ABAQUS的用户材料子程序,对试验进行数值模拟,确定各圆钢管试件材料本构方程中的参数,并通过最小二乘拟合方法,获得圆钢管考虑损伤累积的本构方程。通过所编制的接口程序进行理论与试验对比分析表明,数值计算曲线与试验曲线吻合良好,证明该本构方程是准确的,所编制的程序也可用于深入的理论研究工作。     

锈蚀工字形型钢与混凝土黏结滑移特性及损伤本构模型研究

由于海底隧道服役环境中氯离子含量高,初期支护中的工字钢将不可避免产生锈蚀,导致工字钢与混凝土黏结性能下降,严重影响海底隧道支护体系的耐久性.该研究主要目的是研究锈蚀对工字钢与混凝土界面间黏结滑移行为的影响.首先对工字形型钢混凝土试件进行加速锈蚀试验和推出试验,得到试件破坏形态及黏结滑移曲线,在此基础上分析试件的黏结滑移...     

钢纤维混凝土断裂破坏机理及受拉损伤本构试验研究

钢纤维混凝土断裂行为及受拉本构关系对其工程应用起到至关重要作用,目前尚无本构模型揭示基体开裂与纤维拔出所产生的能量耗散的演化规律.文章通过开展钢纤维混凝土带缺口梁三点弯试验,利用声发射技术监测试件断裂过程中不同微观开裂模式所对应的能量耗散的演化规律,结合损伤力学原理建立钢纤维混凝土的单轴受拉弹塑性损伤本构模型.试验研究...     

管桁结构直接焊接节点焊材损伤累积演化规律试验研究

管桁结构直接焊接节点焊缝容易发生损伤累积,造成节点局部失效。为此,针对管桁结构直接焊接相贯节点的连接焊缝,制作标准试件进行低周疲劳试验,得到其应力-应变滞回曲线、循环应力幅退化曲线和累积耗能变化曲线,研究节点焊材的损伤累积演化规律。结果表明:循环荷载下焊材表现出循环软化现象,与其母材循环特性存在差别,节点抗震分析中应区别考虑二者本构关系;焊材的损伤累积演化规律主要表现为随着循环周数的增加,其循环应力幅值、卸载刚度和耗能能力逐渐减小;焊材损伤累积破坏分三阶段,其中裂纹萌生和破坏阶段应力幅退化较快,裂纹扩展阶段变化较慢;加载应变幅对损伤累积速率的影响表现为加载应变幅值越大,其损伤退化越快,在母材为Q235的焊材中影响更明显;焊缝形式的影响较小,表现为角焊缝的损伤累积稍大于全熔透焊缝。有限元分析中考虑损伤累积影响,得到的焊材损伤累积演化规律与试验结果较为吻合。     

考虑环境与荷载长期共同作用的木材本构模型研究

针对木材的变形易受周围环境温湿度变化影响的问题,提出了一种能描述木材在外界环境和荷载长期共同作用下的本构模型和力学性能研究方法.首先基于Tsai-Wu屈服准则、Drucker公设和一致性理论提出了考虑蠕变、机械吸附蠕变的木材本构模型;然后采用Fortran语言将推导的本构模型编写成UMAT子程序模块并嵌入到ABAQUS...     

考虑损伤效应的钢管转换柱抗震性能试验研究与理论模型

为研究传统风格建筑钢结构转换柱连接的抗震性能及其恢复力特性,对不同上柱长细比（8.9和12.5）与轴压比（0.2和0.4）的4个钢管转换柱连接进行了低周往复加载试验,记录并分析了其受力过程和破坏形态。试验结果表明：随着轴压比和矩形钢管长细比的增大,转换柱连接的P-Δ效应加剧,构件的承载力逐渐降低。通过理论计算提出骨架曲线特征点计算式,得到理想双折线骨架曲线恢复力模型。同时,考虑累积耗能与变形对构件性能退化的影响,引入一个适用于传统风格建筑转换柱连接的损伤模型,确定了柱连接构件在每次滞回循环后的累积损伤指数,基于试验拟合结果定量描述其卸载刚度等力学性能指标的退化规律。最终给出转换柱连接构件在各受力阶段具体的滞回规则,得到考虑损伤效应的传统风格建筑钢转换柱连接的恢复力模型。经比较,所建议的考虑损伤效应的恢复力模型与试验结果吻合程度较高,能够很好地描述传统风格建筑钢转换柱连接在低周反复荷载作用下的受力特征与滞回特性。