基于非关联流动法则的滑移线场及上限法研究

当前岩土材料的滑移线场理论及上限法中都广泛采用经典塑性理论中的关联流动法则,由此得出应力特征线与速度滑移线一致的结论。而试验得知,岩土材料并不服从关联流动法则,因而应力特征线与速度滑移线不可能重合。文章分析了基于关联流动法则的滑移线场及上限法中存在的问题,根据广义塑性理论推导了基于非关联流动法则的滑移线场及上限法,消除了现行滑移线场理论及上限法理论中的种种矛盾。     

基于双剪统一强度理论的圆板塑性极限分析

通过对轴对称弯曲圆板在塑性极限状态下应力和弯曲内力的分布研究,建立了双剪统一强度理论下用弯矩表示的屈服条件,即广义双剪统一屈服条件。该广义双剪统一屈服条件是一条对称的外凸闭合折线,可应用于由各种拉压强度比及剪压强度比材料构成的圆板和环板的塑性极限分析。对均布荷载作用下的简(固)支圆板进行了塑性极限分析,得出了圆板的塑性极限荷载、塑性极限状态时的内力场和速度场,分析了拉压强度比α以及中间剪应力影响系数b对塑性极限承载力的影响。     

岩土动力极限应变判据在边坡稳定分析中的应用

岩土材料受力从弹性进入塑性,最终发展到破坏,材料的屈服与破坏不同,屈服表示材料从弹性进入塑性状态,破坏表示从塑性发展到工程失稳。对于理想弹塑性材料,应力表述的判据难以区分屈服与破坏,为此提出采用极限应变作为岩土材料的破坏判据。给出了岩土材料动力极限应变的求解模型与方法,并以动力极限应变作为破坏准则,它既可以表述动力作用下材料的点破坏或开裂破坏,当点破坏贯通形成破坏面时,还可以表述材料整体破坏。通过地震作用下动力边坡工程算例,得到边坡滑体起裂的位置、演化过程和起裂极限荷载;当边坡中极限应变区贯通时得到边坡整体破坏极限荷载,并与数值极限分析中(超载法、强度折减法)采用位移不收敛破坏准则的计算结果比较,基本一致,验证了极限应变法在动力分析中的可行性。     

平面应变复合挤压金属变形规律的研究(Ⅰ)

本文在实验的基础上,应用滑移线场理论对平面应变复合挤压金属的变形规律进行了研究,划分了六种不同类型的变形模式,建立了相应的物理平面上的滑移线场。试样的流线、网格变化及硬度分布所显示的变形区范围和理论分析一致。     

基于统一强度理论考虑拉压模量不同散体材料桩承载力计算

考虑岩土类材料拉压模量不同和应变软化特性,运用空间轴对称的统一强度理论分析了柱形孔扩张问题,推导出了圆孔扩张问题的应力场、位移场及最终扩张压力的统一解表达式,并在此基础上推导出了散体材料桩极限承载力计算公式。将该公式应用于某高速公路碎石桩复合地基中碎石桩极限承载力的计算,计算值与试验值吻合良好。最后,分析了不同拉压模量比、软化特性参数及其他计算参数对计算结果的影响。分析结果表明:采用传统弹性理论,不考虑拉压模量不同及应变软化的计算方法,会带来较大的误差。     

基于滑移线场的闭挤式精冲主冲力计算及实验验证

目的研究基于滑移线场的闭挤式精冲主冲力计算,为后续的仿真模拟提供理论基础。方法根据闭挤式精冲的成形特点,建立闭挤式精冲坯料变形区的力学模型,通过处理刚塑性体平面应变问题的方法,利用滑移线理论建立闭挤式精冲的滑移线场,通过该滑移线场的建立计算冲裁过程中的主冲裁力。结果滑移线法计算出的结果,并通过精冲实验进行了验证,实验得到冲裁力的大小与滑移线法所计算出的冲裁力相差0.8%,经过分析,认为误差的存在主要由摩擦力的忽略及材料被视为刚塑性材料所致。结论滑移线法计算冲裁力是比较适用的,为闭挤式精冲的工艺参数提供了较为精确的计算方法。     

平面应变复合挤压金属变形规律的研究(Ⅱ)

本文在试验的基础上应用滑移线场理论对平面应变复合挤压金属的变形规律作了进一步研究。文章讨论了正、反挤压变形程度和坯料相对高度对金属变形模式的影响及确定最可行物理平面上滑移线场解的基本原则。文章还给出了复合挤压分流点位置及金属材料分配量的计算公式。试验结果与理论分析一致。     

不同拉压模量及软化特性材料的球形孔扩张问题的统一解

对于具有不同的拉压模量及软化特性的岩土类材料,提出了不同拉压模量及软化特性的控制参数,采用双剪统一强度理论推导了球形孔扩张问题的应力及位移的统一解。分析了模量、模型和软化等控制参数对球形孔扩张时的扩张压力、塑性区开展规律及应力场的影响。结果表明:圆孔极限扩张压力,塑性区的发展规律,应力场,位移场等均随着模量控制参数、模型参数及软化参数的变化而变化,因此若采用经典的弹性理论、单一的模型参数及传统的不考虑应变软化来对岩土类的工程材料进行设计计算,必会带来较大的误差。     

不同拉压模量及软化特性材料的柱形孔扩张问题的统一解

对于具有不同的拉压模量及软化特性的岩土类材料,提出了不同拉压模量及软化特性的控制参数,采用双剪统一强度理论推导了柱形孔扩张问题的应力及位移的统一解。分析了模量、模型和软化等控制参数对柱形孔扩张时的扩张压力、塑性区开展规律及应力场的影响。结果表明:圆孔极限扩张压力、塑性区的发展规律、应力场、位移场等均随着模量控制参数、模型参数及软化参数的变化而变化,因此若采用经典的弹性理论、单一的模型参数及传统的不考虑应变软化来对岩土类的工程材料进行设计计算,必会带来较大的误差。     

高应变率荷载作用下钢筋与ECC的黏结滑移关系研究

采用水泥基复合材料(engineering cementitious composite, ECC)替代混凝土可以提高结构在偶然荷载作用下的抗连续倒塌性能,但在悬链线大变形阶段钢筋与ECC间可能会出现黏结滑移破坏。基于分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置,进行了钢筋与ECC的动态黏结滑移性能试验,分析了ECC强度等级、应变率、钢筋直径对极限黏结强度、刚度和滑移量的影响规律,获得了高应变率下钢筋与ECC的平均黏结滑移曲线,得到其黏结滑移破坏模式。并与静态黏结滑移试验进行对比,得到了动态黏结强度增强因子。进一步,通过钢筋开槽内贴应变片法,获得不同锚固位置的黏结应力及相对滑移的分布规律,提出黏结位置函数。最后,根据试验结果得到钢筋与ECC平均黏结滑移本构,进而乘以黏结位置函数得到考虑锚固位置影响的动态黏结滑移本构,为ECC结构构件设计及有限元分析提供试验依据和理论参考。     

公路工程路堤临界填土高度一种计算方法研究

路堤临界填土高度是公路工程中一个非常重要的问题,填筑高度小于临界填土高度时,地基的变形和稳定能得到控制。依据极坐标表示的弗拉曼公式和统一强度理论,考虑中间主应力σ₂对地基承载力的影响,推导出土的静止侧压力系数K₀≠1条件下地基的临塑与临界荷载公式,提出路堤临界填土高度一种计算方法。结合算例,对中间主剪应力系数b和土的静止侧压力系数K₀取不同值时,临界荷载与路堤临界填土高度计算结果进行了对比分析,结果表明:基于统一强度理论得到的计算方法能确切地反映地基承载力的实质,使地基土体强度得到充分的发挥。     

The study of slip line field and upper bound method based on associated flow and non associated flow rules

At present, associated flow rule of traditional plastic theory is adopted in the slip line field theory and upper bound method of geotechnical materials. So the stress characteristic line conforms to the velocity line. It is proved that geotechnical materials do not abide by the associated flow rule. It is impossible for the stress characteristic line to conform to the velocity line. Generalized plastic mechanics theoretically proved that plastic potential surface intersects the M-C yield surface with an angle, so that the velocity line must be studied by non-associated flow rule. According to limit analysis theory, the theory of slip line field is put forward in this paper, and then the ultimate bearing capacity of strip footing is obtained based on associated flow rule and the non-associated flow rule individually. These two results are identical since the ultimate bearing capacity is independent of flow rule. On the contrary, the velocity fields of associated and non-associated flow are different which shows the velocity field based on the associated flow rule is incorrect.     

Elastoplastic Analysis of Ultimate Bearing Capacity for Multilayered Thick-Walled Cylinders Under Internal Pressure

Strength of Materials - The elastoplastic analysis based on the unified strength theory was performed to evaluate the ultimate bearing capacity of double- and multilayered thick-walled cylinders....     

双层组合厚壁圆筒弹脆塑性极限内压统一解

基于三剪统一强度准则和弹脆塑性软化模型,考虑材料的脆性软化和中间主应力效应,推导了双层组合厚壁圆筒弹脆塑性极限内压统一解,探讨了粘聚力、内摩擦角、半径比、强度理论参数和中间主应力系数的影响特性,克服了以往基于Tresca屈服准则、Mises屈服准则或双剪强度理论的理想弹塑性解的不足。研究结果表明:中间主应力、材料模型和脆性软化对厚壁圆筒的极限内压均有显著影响。该文所得统一解具有广泛的适用性和理论意义,不但可退化为现有公式,而且还能得到系列化的新解答,对组合厚壁圆筒的设计及工程应用有重要参考价值。     

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。     

混凝土结构I型裂纹裂尖塑性区研究

应用双剪统一强度理论,研究了I型裂纹的塑性变形问题。给出了包含反映材料拉压性能差异的参数拉压比及反映中间主应力效应的参数b的I型裂纹裂尖塑性区形状和大小的统一解。已有的Tresca准则、Mises准则和Mohr-Coulomb准则解均是本文的特例或线性逼近。针对混凝土结构,画出了不同参数b情况下的裂尖塑性区半径变化图。得出了材料拉压比对I型裂纹裂尖塑性区影响很大。b对I型裂纹裂尖塑性区影响随拉压比的不同而不同,拉压比较大时,b对塑性区影响大,拉压比较小时,b对塑性区影响小的结论。该统一解可以适应于各种不同材料,能充分发挥材料潜力,具有普遍性和广泛的适应性,有一定的工程应用价值。结论对于研究各种材料的断裂问题有参考作用。     

均布荷载作用下钢-混凝土组合梁滑移及变形的理论计算

对均布荷载作用下简支钢-混凝土组合梁的滑移及其对组合梁变形挠度影响的理论计算进行了研究。利用Goodman弹性夹层假设及弹性体变形理论,推导了简支钢-混凝土组合梁的界面滑移和挠度变形的理论计算公式。该理论公式既能描述组合梁的界面滑移规律,也体现了界面滑移对组合梁变形挠度的影响。该理论公式将为钢-混凝土组合结构极限承载力和变形挠度的有限元计算提供理论基础。     

在复杂应力状态下厚壁圆筒的极限分析

应用双剪统一强度理论,考虑材料的拉压异性和同性,推导了在内压力和轴力联合作用下的厚壁圆筒的塑性极限载荷计算公式,并且绘制了其极限载荷线图。在这些计算公式中,当其系数取不同的值时,就能得到按Tresca屈服准则、线性逼近的Mises屈服准则和双剪应力屈服准则的计算结果。应用其极限载荷线图,根据其承受的载荷大小,就能判断厚壁圆筒是否达到了屈服极限状态。绘制了在不同屈服准则下的极限载荷线图,以便对其差异进行比较。     

基于三维能量屈服准则的新老混凝土无锚筋结合面抗剪强度统一计算方法

已有新老混凝土无锚筋结合面抗剪强度的计算方法分为考虑正应力和不考虑正应力2类,两类方法不仅存在理论依据不充分的问题,而且计算精度也有待提高,能够考虑正应力以及正应力为0的统一计算公式还未见报道。根据剪切试验破坏特征、机理,分析新老混凝土无锚筋结合面破坏机构,基于三维能量屈服准则、虚功原理和塑性极限分析理论,详细推导新老混凝土无锚筋结合面抗剪强度理论计算公式。引入考虑正应力和粗糙度的综合影响系数,基于已有剪切试验数据并借助三维曲线拟合技术对理论公式进行修正,得到新老混凝土无锚筋结合面抗剪强度统一计算公式。采用不同方法对27个新老混凝土无锚筋结合面压(拉)剪复合受力试验试件以及30个新老混凝土无锚筋结合面纯剪试验试件进行抗剪强度计算,对比分析结果表明:统一计算方法理论依据充分、计算简便,既可用于压(拉)剪复合受力构件,也可应用于纯剪受力构件;对于压(拉)剪复合受力试验试件,该文方法计算值与试验值的偏差率大都在±15%以内,统一计算公式的计算精度高于已有考虑正应力的计算方法;对于纯剪试验试件,该文方法计算值的偏差率大都在±20%以内,除计算低强度混凝土试件偏差率较大之外,统一计算公式的计算精度明显高于已有不考虑正应力的计算方法。