箍筋约束混凝土单轴受压塑性损伤本构模型

基于所建立的素混凝土单轴塑性损伤模型,研究箍筋约束作用对混凝土单轴受压作用下损伤行为的影响,引入损伤约束因子来综合体现在约束作用下不同物理量对材料损伤演化规律的影响,将单轴受压混凝土的塑性段分成塑性第一阶段和塑性第二阶段,确定了方形箍筋和圆形箍筋约束下混凝土的损伤演化方程,并给出相应的塑性变形关系的经验公式,建立了箍筋约束混凝土的单轴受压塑性损伤本构模型。通过与单轴荷载作用下约束混凝土的试验结果对比分析,验证了所建模型的有效性,结果表明所建模型能较好反映混凝土材料在约束作用下的本构关系。     

硬聚氯乙烯的粘塑性本构模型与裂纹扩展行为

建立材料的粘塑性本构模型,进行粘塑性裂纹扩展试验,是开展聚合物粘塑性裂纹扩展问题研究的基础.采用恒定应变速率的方法,对硬聚氯乙烯进行低应变速率下的拉伸试验,确定各应变速率下应力与应变的关系曲线.实验数据表明,该材料的力学性能对应变速率有依赖性,与时间相关,是典型的粘塑性材料.根据实验测得的不同应变速率下应力-应变关系的曲线族,对实验数据进行多元回归分析,确定有关的材料常数,建立了硬聚氯乙烯材料Bailey-Norton公式形式的粘塑性本构模型.进行硬聚氯乙烯的粘塑性裂纹扩展试验研究,得到了裂纹长度增量与时间的关系.     

混凝土结构材料非线性本构参数识别算法研究

针对混凝土材料特性离散性较大、本构参数不确定性较强的问题,本研究提出了基于RSM-CMA的钢筋混凝土结构材料非线性本构参数的识别算法。首先,讨论分析了ABAQUS混凝土损伤塑性模型与规范提供的混凝土本构模型的统一方法,开发了混凝土材料子程序,获取了影响混凝土单轴应力-应变关系的敏感待识别参数,给出了损伤塑性模型屈服面函数与塑性势函数等非识别参数的建议取值。其次,基于响应面法(RSM),实现了结构宏观响应与细观本构参数间隐性关系的显式表达,基于带约束的最小二乘原理,构建目标函数,利用混沌猴群算法(CMA),实现本构参数的优化识别。最后,以钢筋混凝土拱构件的数值仿真为算例,验证了本研究所提算法的准确性。结果表明:抗压强度、峰值压应变是混凝土本构敏感性参数;抗压强度为影响结构极限承载力的最显著本构参数,弹性模量次之,峰值压应变影响最小;本研究所提算法能够较为准确地识别材料的本构参数,有助于获取精确的结构层次宏观响应,可为有限信息下材料本构参数的辨识、获取提供参考。     

聚丙烯纤维再生混凝土损伤本构模型的研究

基于Weibull统计分布理论和Lemaitre等效应变假定原理,推导出聚丙烯纤维再生混凝土单轴受压损伤本构模型,对聚丙烯纤维再生混凝土进行单轴受压试验,根据试验数据,确定了该模型参数,通过试验曲线和模型曲线的对比分析发现两者拟合较好。基于考虑中间主应力、拉压性能影响的适用于任何材料的统一强度理论,推导出聚丙烯纤维再生混凝土的双剪损伤本构模型,建立了纤维混凝土损伤本构模型从单轴到双轴的转化方法。     

考虑体积塑性应变的岩石损伤本构模型研究

采用Eshelby等效夹杂方法建立岩石弹塑性损伤本构模型是一种有效方法,但相关文献目前还极少。在连续介质损伤力学框架内利用细观力学的Eshelby等效夹杂方法建立了考虑损伤相塑性体积变形的岩石的Helmholtz自由比能函数。利用连续介质损伤力学方法推导出了考虑损伤相塑性变形的岩石损伤本构关系,给出了损伤演化方程和塑性应变发展方程。并通过数值模拟证实该模型能够反映岩石体积塑性应变、损伤的变化规律和损伤部分不能承受拉应力等力学特性。     

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。     

基于不可逆内变量热力学的岩石材料粘弹-粘塑性本构方程

岩石材料的粘弹性和粘塑性变形是与时间相关的能量耗散行为。在Rice不可逆内变量热力学框架下,引入两组内变量分别用来描述在粘弹性和粘塑性变形过程中材料的内部结构调整。通过给定比余能的具体形式和内变量的演化方程,推导出内变量粘弹-粘塑性本构方程。粘弹性本构方程具有普遍性,能涵盖Kelvin-Voigt和Poynting-Thomson在内的经典粘弹性模型的本构方程。并指出热力学力与应力呈线性关系是组合元件模型为线性模型的根本原因。粘塑性本构方程能较好地刻画岩石材料在粘塑性变形过程中的硬化现象。对模拟岩石的模型相似材料进行单轴加卸载蠕变试验,将蠕变过程中的粘弹性和粘塑性变形分离并根据试验数据对本构方程的材料参数进行辨识。试验数据和理论曲线对比结果表明该文提出的本构方程能很好地模拟材料的蠕变行为。该类型的本构方程能为岩石工程的长期稳定性的预测、评价以及加固分析提供基础。     

混凝土确定性及随机性损伤本构模型研究进展

混凝土损伤本构模型的建立对表征混凝土力学行为与认识其本质至关重要。从确定性与随机性两个层面梳理了国内外混凝土损伤本构模型的研究历史和最新进展情况,针对不同模型的损伤定义方式、损伤演化规律、损伤物理机制等进行探讨,通过对比分析总结了混凝土材料的非线性、随机性和动力荷载下的率敏感性等特征,提出发展混凝土损伤本构模型的关键问题,为建立更完善的混凝土损伤本构模型提供参考。     

混凝土应力三轴比依赖的塑性损伤模型

提出了一种新的损伤塑性本构模型,定义了一个用应力不变量表示的应力三轴比,强调了应力三轴比对塑性屈服的影响。采用本研究设计的专门用于本构校验的计算机软件,对上述模型的应力应变加载曲线进行了数值模拟,数值结果与实验结果吻合得比较好。     

高抗冲聚苯乙烯的应变率敏感性及粘塑性本构关系

对高抗冲聚苯乙烯（HIPS）在应变跨越10^-4-10^1量级的范围内的拉伸力学性能作了实验研究，实验结果显示HPIS是一种应变率敏感的材料，其拉伸力学性能对应率敏感程度可分为高中低三个区域，在此基础上讨论了这类材料的粘塑性本构关系。     

粘弹塑性理论在混凝土变形中的应用

首先文章介绍了粘弹塑性统一本构模型的基本方程,根据混凝土的特点对统一本构模型进行了简化,简化后的模型对混凝土的无损伤段的变形模拟,取得了满意的结果。之后应用粘弹塑性统一本构模型对混凝土进行跳跃实验预测,同样获得了预期效果,证明粘弹塑性统一本构模型在混凝土的变形预测中的应用是成功的。     

碾压混凝土内时损伤本构模型

本文应用内时理论和损伤力学建立了碾压混凝土压剪及压压剪状态下的内时损伤本构模型。其特点是：混凝土的弹塑性特性由内时理论描述，而破坏由损伤力学来描述。前者使本构模型摆脱了一般弹塑性中屈服面的概念，从而简化了非线性计算过程；后者使微裂纹引起的软化、体积膨胀等都可由损伤变量来考虑；从而既反映了混凝土的本质特性，又使模型的参数和基本方程大大减少。应用本文建议的模型分析碾压混凝土压剪及压压剪状态剪应力－应变关系，所得计算结果与试验数据相符合，可作为碾压混凝土重力及拱坝设计的依据。     

混凝土化学-力学损伤本构模型

水使混凝土孔隙溶液中钙离子流失是混凝土结构力学性能劣化的重要原因。根据试验结果,提出了一个新的混凝土化学—力学损伤耦合本构模型,用各向同性损伤变量描述混凝土化学—力学损伤。混凝土孔隙中钙浓度满足钙离子质量守恒的非线性扩散方程。有限元计算和试验结果表明,计算值和试验数据吻合很好,提出的本构模型能较好地反映混凝土化学—力学损伤耦合作用。     

基于应变空间的碾压混凝土各向异性损伤本构模型

根据碾压混凝土材料的力学特性和损伤拉压显著不同的特点,分别在拉应变和压应变空间建立了碾压混凝土的本构关系和损伤演化方程.在拉应变空间,碾压混凝土的变形特性表现为脆弹性,考虑弹性与损伤耦合,应用正交各向异性损伤理论描述碾压混凝土的刚度退化和应变软化;在压应变空间,考虑弹塑性与损伤耦合,应用内时理论来描述碾压混凝土的弹塑性特性,正交各向异性损伤理论来描述微裂缝扩展引起的刚度退化和应变软化,内时理论没有屈服面,使模型的参数和方程大大减少,从而简化了非线性计算过程.计算结果表明,该模型能够较好地描述碾压混凝土在单轴和多轴加载下的性质.     

约束混凝土单轴弹塑性损伤本构模型

该文通过采用混凝土三维弹塑性损伤模型和弧长法分析了钢筋混凝土单轴压缩过程中箍筋对混凝土的约束作用,得到了约束混凝土单轴抗压强度和延性增大系数。基于连续介质损伤力学的基本框架,引入约束混凝土强度和延性增大系数,建立了混凝土单轴弹塑性损伤本构模型。验证表明：该文模型符合热动力基本方程,可较好地反映约束混凝土强度和延性增大、强度软化、刚度退化、塑性变形、裂面效应、等力学特性;模型参数与中国现行《混凝土结构设计规范》推荐的模型完全相同,易于工程应用。将该文模型与纤维束形式的Timoshenko梁单元相结合,在自主研发的结构非线性分析软件SAUSAGE中完成开发实现。利用SAUSAGE完成了某钢筋混凝土框架结构的大震动力非线性分析,结果表明：箍筋约束作用可以有效抑制梁、柱构件的非线性发展,影响了结构最大层间位移角和最大层间剪力等宏观指标。     

一种修正的混凝土弹性损伤本构模型及其应用

混凝土弹性损伤本构模型的模型参数少、标定简单、计算效率较高,适于工程应用。Faria和Oliver等人所提出的混凝土损伤模型,体现了混凝土弹性损伤本构模型的上述优点,但原模型对反复荷载作用下混凝土刚度恢复效应描述欠佳。针对此不足,该文做了修正。并以ABAQUS为平台编制了材料模型子程序UMAT。应用修正的模型对几个典型...     

受侧向约束混凝土的内时损伤本构模型

受侧向约束混凝土结构由于其核心混凝土处于三向受压应力状态,其强度和变形能力有了很大的提高,因此在土木工程得到了广泛的应用。为了更好的描述这一结构形式的强度和变形特征,该文结合Valanis所提出的内时理论和Mazars的损伤理论,建立了一种全新的适用于侧向约束混凝土结构分析的内时损伤本构模型。该模型考虑弹塑性与损伤的耦合,用内时理论来描述混凝土的弹塑性特性,用各向同性损伤理论描述混凝土微裂缝扩展引起的刚度退化,通过与试验结果以及与其他模型的比较证实了模型的正确性和必要性。最后将该本构模型用于对常见的约束混凝土结构,如钢管混凝土和CFRP约束混凝土结构的应力-应变全过程分析中。     

混凝土拉-压疲劳损伤模型及其验证

基于连续损伤力学理论,提出了混凝土单轴拉-压疲劳损伤模型。模型中采用了拉和压两个边界面。加载面、边界面方程均以损伤能量释放率表示。在能量释放率空间内,由加载面与初始损伤面、边界面之间的位置描述损伤状态。通过建立累积损伤与相应循环损伤能量释放率阈值之间的关系,确定了疲劳加载中极限断裂面尺寸的变化规律,由此模拟混凝土在循环荷载作用下的刚度退化过程。结合作者完成的疲劳试验结果,确定了理论模型中的计算参数。经比较,理论模型预测的应力-应变数值、疲劳寿命和试验结果吻合较好。