多孔沥青混合料粘弹塑性损伤模型

为合理描述多孔沥青混合料在中低温度外界荷载作用下的力学特性,基于增量型本构方程,采用Weibull损伤函数、广义Maxwell粘弹模型与D-P塑性模型,构建了粘弹塑性损伤模型．以此模型为分析手段,对不同温度和加载速率下的单轴压缩应力-应变曲线进行拟合,并分析温度与加载速率对模型参数的影响规律．分析结果表明:多孔沥青混合料粘弹参数随着温度的降低逐步退化成弹性参数,塑性模型中的体积模量和剪切模量也随温度呈现出明显的粘弹特性,塑性应变产生时对应的应变值与损伤应变阙值基本保持一致,温度及加载速率对于混合料的损伤扩展也有显著影响．构建的理论模型可以有效表征多孔沥青混合料在常温和低温下受荷时的力学损伤特性．     

基于增量本构关系弹塑性分析的无网格伽辽金法

在无网格伽辽金法的基础上，采用增量形式的无网格伽辽金法的插值方法，并利用应力应变增量形式表征材料的弹塑性本构关系，在小变形假设的前提下，提出了基于增量本构关系的弹塑性分析的无网格伽辽金法；采用罚参数修正了能量变分方程式，方便地实现了无网格伽辽金法的本质边界条件．对二维平面问题及轴对称问题的计算结果表明：运用增量形式的无网格伽辽金法进行弹塑性问题的数值分析，具有较高的计算精度，且适应性强，从而为材料的弹塑性分析计算提供了一种实用方法。     

基于扭转试验的大变形本构关系分析

研究采用实心圆轴扭转试验标定大变形弹塑性本构关系时客观应力导数的影响问题.给出了在实心圆轴扭转试验中,几种常用旋率的具体形式.应用等向强化的J2流动塑性理论,建立了以扭转试验的应力-应变曲线为基准的,分别由Oldroyd、广义Jaumann应力导数和相对于变形率标架旋率的应力导数表述的大变形弹塑性本构关系.所得各本构关系中的塑性刚度函数与由Jaumann客观应力导数给出的塑性刚度函数形式相同,说明用扭转试验标定大变形弹塑性本构关系时,塑性刚度函数不受客观应力导数的影响,本构形式相对稳定.     

基于微观力学的沥青混合料黏弹性预测

利用微观力学和逾渗理论预测了沥青混合料的黏弹性能。将沥青混合料看作刚性粗集料颗粒夹杂于黏弹性沥青砂浆基体内的复合材料,在Laplace空间域内利用Mori-Tanaka等效夹杂理论和宏观平均理论,建立了从沥青砂浆黏弹性预报沥青混合料黏弹性的模型。基于逾渗理论修正了模型中的参数,并与静态蠕变试验结果进行了对比。结果发现:粗集料对黏弹性沥青基体性能具有增强作用,沥青混合料黏弹本构方程可以表示为粗集料增强系数与沥青基体黏弹本构方程的乘积形式。微观力学预测的增强系数较试验值偏小,误差分析发现,产生偏差的主要原因是Mori-Tanaka方法考虑集料间相互作用较弱,当粗集料体积分数较大时,预测模型精度下降。通过逾渗理论对粗集料体积分数修正后的结果与试验值较吻合。     

粘土数值建模方法与Duncan模型的对比研究

以塑性体应变与塑性剪应变之间的相互作用原理为指导,对粘土本构关系的数值建模方法进行了研究。采用包含应力路径函数的两个本构泛函作为模型基本框架,可以反映出应力路径相关性。应力应变增量关系的表达式包含两个偏导数的交叉项,用于反映塑性体应变与塑性剪应变的相互作用。利用三轴试验结果建立了粘土的弹塑性本构模型,该模型能够反映出土的三大基本力学特性:压硬性、剪胀性和应力路径相关性。通过可视化,分别给出在整个应力场中剪切和体积的三维变形曲面。此外,从模型的理论基础、基本框架和预测结果等方面与Duncan模型进行对比,显示出数值建模方法优于传统方法。     

应变空间中一般加载规律的弹塑性本构关系

为了建立多维应力、应变空间的弹塑性本构关系,将一般加载规律一维全量理论的简单弹塑性模型推广到一般加载规律的多维增量理论,并且给出应力空间的加载函数和应变空间的加载函数以及它们之间的正确的变换关系.在此基础上,在应变空间中建立了推导一般加载规律的多维增量理论的本构关系的一种途径.应用这种途径,从应变空间的加载函数出发,推导了等向强化材料的一般加载规律的弹塑性本构关系.理论和实例表明,这种途径对等向强化材料、随动强化材料、理想弹塑性材料和热弹塑性问题都适用.     

等主应力比路径砂土的弹塑性本构方程

为了模拟填土工程中土体的变形,需要建立在等主应力比应力路径下的本构模型.采用数值建模方法建立等主应力比路径下砂土的弹塑性本构方程.该模型能够反映填土施工中应力路径的影响.通过可视化,绘出了整个应力场中的三维变形曲面.通过与CTC路径下的变形曲面比较,发现两者之间存在显著差别,验证了应力路径对本构关系的影响是不可忽略的.     

冲压成形过程的弹粘塑性有限元数值模拟

应用单轴应力状态下的弹粘塑性本构关系和J2 流动理论及等向强化准则建立起适用于多轴应力状态的普遍的弹粘塑性本构关系 ,并将其引入增率型虚功率原理建立了弹粘塑性有限元列式。用基于该组列式编制的大变形有限元程序对单拉过程和方盒件深拉延成形过程进行了数值模拟 ,并与单拉实验结果进行了比较。数值模拟结果表明 :本文建立的弹粘塑性材料的本构关系是有效的 ,同时说明根据增率型虚功率原理建立的弹粘塑性有限元列式可以有效地对弹粘塑性变形过程进行数值模拟。     

基于应力的广义Jaumann导数的大变形本构关系

研究了用实心圆轴扭转实验标定大变形弹塑性本构关系的问题.首先进行了A3钢的单向拉伸和纯扭转实验,分析了两种实验的应力应变曲线特性,给出了实心圆轴扭转实验中变形率d、相对旋率Ω和广义Jaumann导数的具体形式.然后以应力的广义Jaumann导数作为客观导数,应用等向强化J2流动塑性理论,建立了由扭转实验的Υ-γ曲线标定的大变形本构关系形式.结果表明,对应广义Jaumann应力导数的扭转大变形本构关系与对应Jaumann应力导数的本构关系形式相同.     

土体有限变形理论的弹塑性本构关系

根据有限变形的弹塑性分解及Drucker公设的推广,从经典弹塑性增量理论与热力学理论两个角度建立了岩土介质的有限变形弹塑性本构关系,并对它们进行了理论分析与对比．     

Normalization method for asphalt mixture fatigue equation under different loading frequencies

In order to analyze the effect of different loading frequencies on the fatigue performance for asphalt mixture,the changing law of asphalt mixture strengths with loading speed was revealed by strength tests under different loading speeds.Fatigue equations of asphalt mixtures based on the nominal stress ratio and real stress ratio were established using fatigue tests under different loading frequencies.It was revealed that the strength of the asphalt mixture is affected by the loading speed greatly.It was also discovered that the fatigue equation based on the nominal stress ratio will change with the change of the fatigue loading speed.There is no uniqueness.But the fatigue equation based on the real stress ratio doesn't change with the loading frequency.It has the uniqueness.The results indicate the fatigue equation based on the real stress ratio can realize the normalization of the asphalt mixture fatigue equation under different loading frequencies.It can greatly benefit the analysis of the fatigue characteristics under different vehicle speeds for asphalt pavement.     

冰弯曲破坏的弹塑性近场动力学模型

为提高粒子方法模拟冰力学性能的准确性,尤其是模拟冰在破坏过程表现出的塑性变形特性,建立了基于无网格粒子法近场动力学理论的冰弯曲破坏弹塑性本构模型。以积分形式表示的近场动力学是一种新兴的非局部理论,它可以应用于无外设准则的破坏过程预报研究,即使在不连续的物体中,仍对变形体有效。首先,依据Von-Mise屈服面准则,建立了基于塑性应变增量与塑性应力增量变化的冰弹塑性本构模型。然后,分析了该模型的边界条件施加方法和冰的失效判断准则。接着,介绍了本构模型在FORTRAN环境下的数值计算方法。最后,利用常规状态型近场动力学方法模拟冰的四点弯曲破坏过程,预报了时间历程的压力曲线。通过冰的四点弯曲过程数值模拟结果与实验结果的比对分析表明,数值模型预报的冰破坏过程、裂纹扩展模式以及压力曲线和试验结果有较高的一致性。由此本文建立的数值模型能够应用于冰的弹塑性弯曲破坏过程预报。该本构模型为模拟船舶在水平冰中航行时的实际破冰过程提高了基本数值策略。     

基于应力Oldroyd导数的大应变本构关系

以扭转实验测得的τ-γ曲线为基础,采用各向同性硬化大应变J2流动本构理论,给出了基于Kirchhoff应力的Oldroyd客观导数的塑性刚度函数h的表达式,建立了相应的大应变本构关系。同时分析了以应力的Jaumann导数tΔ0与变形梯度F的第三不变量J的比tΔ0/J为客观应力导数时的情况,所得结果与由Jaumann客观应力导数给出的结果相同,从而说明用扭转实验标定大应变本构关系时,本构形式相对稳定。     

混凝土非线性变形的数值模拟

给出了增量型混凝土非线性本构方程，对内蕴时间考虑了混凝土偏量对体量的耦合作用，并计及了变形的不可恢复累积量。在此基础上给出了数值积分结果。根据混凝土损伤的指数模型，对混凝土变形非线性、应变软化以及复杂应力路径下的响应特性进行了对比计算，并预言了剪胀效应。     

单双圆荷载作用下沥青路面受力特性对比研究

为研究沥青路面在单圆和双圆荷载作用下的受力及变形的异同,验证用单元均布荷载等效双圆均布荷载的有效性.首先分析了双圆均布荷载下沥青路面弯沉及受力性能变化情况,然后分别进行了弹性层状理论下单圆和双圆作用下沥青路面受力性能对比研究及单圆和双圆动力加载作用下沥青路面力学性能对比数值模拟研究.结果表明:在动、静加载模式下,沥青路面在单、双圆均布荷载作用下的弯沉及应力除在路表处存在一定的差异外,随路面结构深度的增加,弯沉及应力变化趋势和大小均趋于一致,表明用单圆均布荷载等效双圆均布荷载进行设计及相关检测是可行有效的.     

非饱和双重孔隙介质的势函数本构方程及应用

为了分析复杂岩土工程多场多相耦合效应,需要建立非饱和双重孔隙介质的一般本构理论框架。把双重孔隙介质视为两个单重孔隙介质的嵌套叠加,利用各组分应变与孔隙变形之间的内在联系,从经典混合物理论出发推导了非饱和双重孔隙介质的能量守恒方程。通过功共轭对之间的力学性质建立了小应变条件下非饱和双重孔隙介质的一般势函数本构方程。作为一般势函数本构方程的应用,把势函数取为应变量的二次多项式,假定各共轭量之间相互独立,获得了非饱和双重孔隙介质的各向同性线弹性模型,并根据试验数据确定了模型参数。当非饱和双重孔隙介质退化为饱和双重孔隙介质或非饱和单重孔隙介质时,本文模型退化为已有的相应模型。本文获得的一般势函数本构方程可以指导非饱和双重孔隙介质的具体建模工作,线弹性本构方程可用于建立相应的固结控制方程。     

降雨入渗对浅埋黄土隧道稳定性的影响

为了研究降雨入渗作用下黄土力学性质劣化对浅埋黄土隧道稳定性的影响,对隧道围岩中的黄土进行了不同含水率和不同围压的剪切、等压三轴试验,结果表明,含水率对黄土力学性质和破坏形态有较大影响。根据试验结果建立了黄土不同含水率的塑性本构关系,对比了计算结果和试验结果,证明了该本构关系能较好地描述黄土的应力-应变规律。对不同降雨强度、不同深度的黄土在雨水入渗影响下的含水率分布规律进行分析,并在数值模拟软件中调用建立的不同含水率的黄土塑性本构关系,计算不同降雨强度下隧道结构的受力和变形,结果表明：考虑降雨入渗后隧道结构变形和受力增加明显,其中,拱顶沉降增幅达到46%,隧道初期支护应力增加20%~27%。将浅埋黄土隧道结构变形监测数据与数值模拟结果对比,验证了黄土本构关系的正确性,所模拟的降雨入渗对隧道结构稳定性的影响符合实际工程。     

One-dimensional tensile constitutive equation cannot be directly generalized to deal with two-dimensional bulging mechanical problems

Superplastic forming has been extensively applied to manufacture parts and components with complex shapes or high-precisions. However, superplastic formation is in multi-stress state. In a long time, uniaxial tensile constitutive equation has been directly generalized to deal with multi-stress state. Whether so doing is feasible or not needs to be proved in theory. This paper first summarizes the establishing processes of superplastic tensile and bulging constitutive equation with variable m, and, using the analytical expressions of equivalent stress a and equivalent strain rate ε of free bulge based on the fundamentals of continuum medium plastic mechanics, derives the analytical expressions of optimum loading rules for superplastic free bulge. By comparing the quantitative results on typical superplastic alloy ZnAI22, it is shown that one-dimensional tensile constitutive equations cannot be directly generalized to deal with two-dimensional bulging quantitative mechanical problems; only superplastic b     

薄膜元理论在钢筋混凝土纯扭构件计算中的应用

对薄膜元理论在受扭构件中的应用进行了探讨，以软化变角空间桁架理论为基础，考虑混凝土的“软化效应”，通过建立应力平衡方程、应变协调方程、本构关系方程，用反复迭代的数值分析方法，模拟构件受力的全过程。用此方法对纯扭构件作了全过程分析，对构件的破坏荷载和变形进行了计算，理论分析结果与试验结果吻合较好。