压力相关弹塑性Cosserat连续体模型与应变局部化有限元模拟

提出了一个压力相关弹塑性Cosserat 连续体模型。具体考虑非关联Drucker-Prager 屈服准则,应力和应变速率向量的偏量和球量部分分离,在Cosserat 连续体模型的框架下,推导出压力相关弹塑性Cosserat 连续体本构模型的一致性算法:率本构方程积分的返回映射算法和压力相关弹塑性切线本构模量矩阵的闭合型显式表示。避免了计算切线本构模量矩阵时的矩阵求逆,保证了模型的数值求解过程的收敛性与计算效率。利用所发展的模型和有限元法,对应变软化引起的平面应变问题中的应变局部化现象进行了数值模拟。数值模拟结果表明,所发展的模型能保持应变局部化边值问题适定性、再现应变局部化问题特征:塑性应变局限于局部处急剧发生和发展以及随塑性变形发展的整体承载能力下降等方面的性能。     

平面应变条件下砂土局部化剪切带的有限元模拟

 根据饱和砂土的排水平面应变压缩试验的应变场,分析研究砂土的应变局部化现象以及剪切带的形成。在平面应变压缩条件下,砂土在峰值应力状态附近出现应变局部化现象,在残余状态最终形成一条V型剪切带。剪切带的形成是一个渐进过程,砂土呈现出渐进性破坏特性。这种由软化特性引起的应变局部化剪切带是砂土材料非常重要的变形和强度特性之一。基于砂土的三要素弹黏塑性本构模型和动态松弛有限元求解技术,对砂土的应变局部化现象和剪切带的形成进行有限元模拟。其中,砂土本构模型中引入应变局部化参数S来表示砂土峰值以后的软化和剪切带效果,剪切带在单元内未考虑其方向性,而是假设剪切带方向与最大剪切应变的方向一致。分析结果表明,动态松弛有限元法及砂土三要素模型能合理地模拟砂土的应变局部化现象,剪切带附近的最大剪应变值也非常接近,从而实现对砂土材料从硬化→峰值→软化→残余的全过程模拟以及对砂土应变局部化剪切带的定量化分析。     

应变局部化带追踪模拟的复合单元方法与应用

利用复合单元技术考虑应变局部化带的影响，提出一种新的追踪应变局部化带发展的算法。通过直接降低材料参数来体现应变局部化带内软化的影响，对所有可能发生的应变局部化带的位置和方向进行记录与模拟；借用节理裂隙的统计方法拟合局部化带，得到破坏通道；然后重新对该破坏通道和原有网格信息进行复合单元的拓扑信息生成，并在此基础上重新进行计算，对局部化带发展追踪过程进行复核。该算法不要求追踪路径的连续性，并可充分考虑各局部化带间的相互影响。边坡算例证实所提出方法的可行性和可靠性，宝珠寺大坝的数值计算与模型试验的对比分析则说明提出的方法已具备解决实际工程问题的能力。     

涵洞施工全过程弹塑性有限元模拟分析

利用自编二维弹塑性有限元程序，模拟涵洞基坑开挖、洞体浇注及涵洞上覆土体分层回填这一连续施工过程，体现连续施工过程中应力历史、应力路径对土体变形和应力的影响，提出计算区域内土体在不同施工阶段变形和应力变化的一般规律，为涵洞的结构设计和施工提供依据和参考。     

空腔壳基础弹塑性有限元分析

对1∶10空腔壳基础模型结构的破裂进行了弹塑性有限元分析、计算值与试验值的比较,说明了计算模型和计算参数基本合理;得到了基础筒壁破裂过程中筒壁应力-应变的变化规律,为烟囱基础的设计提供了理论依据。     

结构钢高温流变模型及有限元方程

结构钢在高温下的蠕变不可忽略,推导高温流变本构方程和蠕变,在考虑应力、温度和时间作用下建立平面结构钢梁单元有限元方程,为钢结构的高温（抗火）分析提供合理的依据。     

大型地下洞室三维弹塑性损伤动力有限元分析

采用动力时程分析法研究地下洞室地震响应特性。根据运动学动力平衡方程,以Newmark直接积分法为基础,结合三维弹塑性损伤有限元理论,编写动力时程计算程序。采用塑性附加荷载、损伤附加荷载思想考虑单元塑性及损伤情况,每时步计算对单元损伤状态进行继承,反映损伤不可逆性。采用增量变塑性刚度迭代法,求解非线性动力方程。计算结果表明,该方法一般3步内收敛,计算快,精度高。阐述大型地下洞室动力响应时程分析中,模型边界条件的设置方法及动荷载的输入方式。通过对渔子溪大型水电站地下厂房洞室群的模拟计算表明,该程序计算速度较其他商业程序速度快,计算结果合理,准确,可以应用于地下工程动力时程分析。     

盒式结构的试验研究及其有限元分析

本文简要介绍模拟六层盒式结构抗震性能试验及其结果 ,采用有限元方法对该结构进行弹性阶段应力及变形计算 ,并将计算结果和试验结果进行对比和分析 ,在弹性范围内吻合较好     

Cosserat 介质理论及其在岩土工程中的应用

 博士学位论文摘要　Cosserat 介质理论考虑了介质特征尺度的影响,适合于研究具有一定微结构介质的力学行为,受到了工程界广泛重视。传统连续理论是它在特征尺度为零时的特殊情形。鉴于国内工程界对Cosserat 介质理论不很熟悉,首先对Cosserat 介质理论作了全面的介绍,给出了它的基本控制方程。另外,将它在岩土工程中的应用归纳为层状模型、粒状模型及块状模型,并分别进行了讨论。为了给求解提供依据,证明了Cosserat 介质理论的能量原理和解的唯一性定理,并导出了Cosserat 介质理论变分法及相应的有限元模式,采用C 语言编制了有限元程序CTFE. CPPO , 算例证明计算所得应力场是真实可信的。孔洞周围的应力集中问题是工程结构计算中经常遇到且需给予高度重视的。文中对无限平板小孔应力分布问题,从应力函数与偶应力函数出发,根据叠加原理,采用分离变量法求得了Cosserat 封闭解。由此解释了一些试验情况下小孔应力集中系数小于3 的情况,并证明Mindlin 解和经典弹性解都是文中解答的特殊退化情形。最后,首次将Cosserat 粒状模型应用于大体积混凝土结构。分别采用Cosserat 介质方法与传统连续介质方法对某重力坝的应力及位移场进行了模拟,利用自编的后处理程序进行分析对比表明:Cosserat 介质法计算所得的坝体及岩基的应力与位移分布合理,在坝窿、趾,Cosserat 解的应力集中现象相对缓和,应更加真实。     

不平衡推力法的弹塑性有限元改进

结合杭金衢高速公路K111碎石土滑坡工程实例,研究如何使极限平衡法与有限元法有机结合应用于边坡稳定性计算和分析中,以及碎石土边坡稳定性系数与滑动面抗剪强度发挥程度的关系。研究结果表明,可以采用弹塑性有限元边坡稳定性极限分析法,得到边坡接近破坏状态时滑坡体的塑性变形破坏区,然后据此确定边坡的滑动面;通过野外工程地质勘探揭示,该法确定的潜在滑动面与实际滑动面基本相符;可根据极限状态下塑性应变值的大小确定滑面带上不同抗剪强度取值段,采用全面考虑滑面上岩土体抗剪强度不同发挥程度的不平衡推力法计算碎石土边坡的稳定性系数;采用该方法进行碎石土边坡稳定性分析能更加真实地反映边坡所处的实际状态。