广义塑性力学中的屈服面的研究

基于广义塑性力学，详细讨论了屈服面和塑性势面的对应关系以及岩土材料的3类屈服面（即体积屈服面q方向上及θσ方向上的剪切屈服面）的基本特征，尤其是提出了能考虑剪胀与剪缩的体积屈服面和Lode角θσ方向的剪切屈服面。     

岩土塑性力学的新进展——广义塑性力学

多数岩土工程都处于弹塑性状态 ,因而岩土塑性在岩土工程的设计中至关重要。本文首先简要回顾了岩土塑性的发展过程 ,分析了经典塑性力学用于岩土类材料存在的问题 ,指出其采用的 3个不符合岩土材料变形机制的假设。放弃这 3条假设 ,从固体力学原理直接导出广义塑性位势理论 ,从而将经典塑性力学改造成更一般的塑性力学---广义塑性力学。广义塑性力学采用了塑性力学中的分量理论 ,能反映应力路径转折的影响 ,克服了塑性应变增量方向与应力增量无关的错误 ;要求屈服面与塑性势面对应 ,而不要求相等 ,避免了采用正交流动法则引起过大剪胀等不合理现象 ,也不会产生当前非关联流动法则中任意假定塑性势面引起的误差。文中给出了广义塑性力学的屈服面理论、硬化定律和应力-应变关系 ,并在应力增量分解的基础上 ,建立了考虑应力主轴旋转的广义塑性位势理论 ,从而可求出应力主轴旋转产生的塑性变形。通过分析屈服面的物理意义 ,表明屈服条件是状态参数 ,它与应力状态、应力历史及材性等状态量有关 ;同时也是试验参数 ,只能由试验给出。通过实际应用 ,表明广义塑性力学不仅可以作为岩土材料的建模理论 ,而且还可以应用于诸如极限分析等土力学的诸多领域 ,具有广阔的应用前景。     

关于率无关塑性力学和广义塑性力学的评述

0 前 言 Drucker 塑性公设和 Iliushin 塑性公设是塑性力学的重要基础,由于 Drucker 塑性公设中附加应力功缺乏明确的物理意义[1]和岩土力学试验不支持 Drucker塑性公设[2],金属塑性力学服从相关联流动法则而岩土塑性力学服从非相关联流动法则,现代塑性力学缺乏一个统一的理论基础。针对现代塑性力学的这一缺陷,力学界和岩土界的学者和专家做了大量的工作,黄速建发现Drucker和Iliushin塑性公设是独立于热力学定理之外的假设,殷有泉认为岩土材料的非相关联流动法动可归因于岩土材料弹塑性耦合现象,岩土界的学者和专家则提出双屈服面模型、多重屈服面模型     

各向异性广义塑性力学的规范空间理论

首先基于规范空间固体力学框架,重塑了含有多重屈服面模型的广义塑性理论,研究了各向异性广义塑性力学的基本规律,包括模态屈服面、各向异性强化条件、增量型模态塑性流动方程以及各向异性塑性加卸载准则等,并由此得到了各向异性弹塑性动力学波动方程和静力学基本方程;然后,讨论了各向异性弹塑性波的传播性质,证明了各向异性弹塑性静力学也存在应力增量势函数;最后,讨论了各向异性弹塑性力学的具体结果。     

再谈广义塑性力学

鉴于一些学者对广义塑性力学的评述相关问题提出的质疑与看法,再次对广义塑性力学作一些解释,对其由来与核心思想进行了清晰地阐述。深入剖析了经典塑性力学与广义塑性力学中广为应用的等向强化模型与屈服面的物理意义,并对率无关塑性力学、Drucker公设、塑性因子正负以及屈服面的外凸性与惟一性等问题进行了答复与探讨。     

《广义塑性力学——岩土塑性力学原理》已经出版

由中国工程院院士郑颖人教授、中国科学院院士沈珠江教授和浙江大学龚晓南教授编著 ,既系统论述岩土塑性力学基础理论又反映我国岩土塑性力学水平与最新研究成果的新书《广义塑性力学---岩土塑性力学原理》 ,已于 2 0 0 2年 11月由中国建筑工业出版社正式出版 ,大 16开本 ,2 40页 ,43 7千字 ,定价46.0 0元。本书是 2 0 0 1年度国家科学技术学术著作出版基金资助项目 ,该基金专项用于资助自然科学和技术科学方面优秀的和重要的学术著作的出版。内容包括岩土塑性力学概论、应力-应变及其基本方程、屈服条件与破坏条件、塑性位势理论、加载条件与硬化规律、弹塑性本构关系、加卸载准则、应变空     

广义塑性力学多重屈服面模型隐式积分算法及其ABAQUS二次开发

 进行采用非关联流动法则的多重屈服面本构模型隐式积分算法的实现。基于广义塑性力学建模理论,模型采用由试验拟合确定的屈服面,通过大型有限元软件ABAQUS提供的用户子材料接口,采用FORTRAN语言,实现广义塑性力学的双屈服面模型的完全隐式应力积分算法。利用所开发的UMAT程序,进行黏土常规三轴数值模拟计算,通过数值模拟结果与试验结果的比较,验证模型和程序的有效性和准确性。     

岩石结构超塑性损伤本构理论及热力学框架

 基于热力学势函数引入损伤理论,建立适用于深部岩体的新结构超塑性损伤本构框架。通过定义新内变量对：应变(损伤积累应变,结构重排应变)及相应广义应力、温度和熵,用4种热力学能量函数：内能,Helmholtz自由能,焓和Gibbs自由能描述岩石结构超塑性本构关系。本理论框架即能满足热力学定律具有严格物理意义又能对结构性进行较合理考虑。通过Legendre变换建立各能量形式间的转换。利用运动内变量参数及其共轭变量(广义应力)引出耗散势。给出承压变温条件下深部岩体的塑形耗散函数或屈服函数形式,可反映损伤并考虑结构重排的体变行为,两者通过Legendre变换的退化特例进行联系。构建适用深部岩体热力学本构理论框架下具体的应力–应变增量本征关系及其新应用实例,并提供应用性的判断依据。该理论对深部地下工程实践中岩石的力学分析具有借鉴意义。     

广义塑性理论上限法及其在边坡工程中的应用

现行的极限分析上界法,尽管求解结果合理,但理论上却存在一些矛盾,应用基于广义塑性力学的极限分析上界法,就可消除这些矛盾。本文介绍了基于广义塑性力学的极限分析上界法,并把它应用到边坡工程中,得出了一些有益的结论。     

科学家不应只是解释现象——关于岩土本构理论研究方向的评述

马克思曾经对哲学家提出批评“,哲学家们只是用不同的方式解释世界,而问题在于改变世界”。历史上不少哲学家随心所欲地解释世界,唯心主义哲学家如此,一些唯物主义哲学家也有这一倾向,例如中国古代哲学家的“阴阳五行学说”。科学家的任务是通过科学研究认识世界。与仅仅解释世界不同,认识世界首先要弄清现象发生的原因和机理,其次是提出的解释(假设、学说等)必须通过实践的检验。从Roscoe提出剑桥模型算起,弹塑性理论引入岩土力学已有40多年历史。经过长期研究,人们逐渐认识到,经典的弹塑性模型不适用于岩土材料。对此,不同的学者提出了不同的解释。有的人认为应当增加屈服面的重数,于是提出了二重、三重屈服面模型。有的则     

屈服面角点奇异性的非平滑处理对塑性应变的影响

Mohr-Coulomb屈服面的边界角点奇异性问题,使得屈服面在这些部位的微分出现不连续现象,给数值分析带来了诸多困难,针对此问题,平滑及非平滑处理方法得以应用,其中,非平滑处理方法中的回代求导法和塑性应变增量求和法等因易于实现而应用较多。这些方法精度的研究多相对于某些典型算例而进行的,而对于塑性应变的发展遵循何规律,非平滑处理方法对塑性应变产生何影响,如何评价这种影响效应等等问题尚未在理论上被深入研究。为此,在传统塑性位势理论的框架内对塑性剪应变的发展规律,以及通过非平滑处理后塑性剪应变的发展规律进行了理论研究。研究发现,在角点奇异性屈服面的非平滑处理方法中,最终推导出的塑性剪应变出现不连续现象。通过对这一现象进行的理论研究和定量分析,结果表明:非平滑处理对塑性应变存在影响效应(即不连续效应),故对于具体问题,应具体分析这些方法的影响效应,具体评估其计算结果的可靠性和对相应问题的适用性,以便正确选择所采用的处理方法。     

天然软黏土主应力轴循环旋转塑性效应的本构模拟

在考虑各向异性边界面模型的基础上，建立了可反映天然软黏土主应力轴循环旋转塑性效应的本构模型。对于主应力轴循环旋转卸载条件，通过引入可移动映射法则，处理这种卸载情况下的塑性变形。通过考虑固有各向异性弹性，描述主应力轴循环旋转下循环波动的塑性累积行为。同时，通过考虑应力比影响并将非共轴流动和共轴流动耦合起来，模拟循环过程中非共轴性变化。对温州天然软黏土在纯主应力轴循环旋转下的不排水行为进行了模拟，结果表明，所建立的边界面模型可有效模拟天然软黏土主应力轴循环旋转下塑性效应。     

新媒体时代基于工程应用型人才培养的塑性力学教学改革

塑性力学是一门针对土木工程专业研究生开设的课程，授课内容为物体塑性变形时的应力-应变规律。该课程内容复杂、公式繁多，难免让学生觉得晦涩难懂。针对塑性力学课程在传统教学中存在的普遍问题，结合新时代新媒体平台进行了以工程应用型人才培养为导向的课程教学改革。依托上海理工大学教学改革案例提出相关措施，通过微信公众号建立网上课堂，增加师生互动，以网课制作的形式优化教学内容；理论与实践相结合，通过新媒体工具增加土木工程方面的实例教学；将土木方向新兴的设计仿真工具与传统教学结合，采用多媒体教学方式呈现给学生；建立校企合作模式，企业技术人员网络授课，进行虚拟平台模拟实训；要求研究生结合自己研究方向，查阅塑性力学相关文献并形成课业报告，进行课堂PPT汇报。     

实用主义与土力学

通过对有效应力原理、强度准则、地基沉降计算、本构关系模型、非饱和土以及工程中土的参数等方面的论述,说明了土力学的实用主义特色;指出土作为一种十分复杂的材料,土力学作为一门感性很强的实用的学科,研究者应立足于工程实用,密切结合实际,不惮于亲自参与工程实践,才能认识和理解土力学与土工实践中实用主义的有效性和必要性,才会获得切实的成果,为岩土工程作出贡献。也同时指出了实用主义的局限性,它常常与经验主义为邻,因而土力学的概念和理论是不容忽视的。     

天然软黏土屈服特性及主应力轴旋转效应的本构模拟

为合理模拟主应力轴旋转等复杂加载应力状态,对已有的结构性黏土的各向异性边界面模型中屈服面在π平面上的形状函数M(θ)进行修正,使其适用范围更加广泛,并将模型由三轴应力空间拓展到一般的三维应力空间。通过对天然沉积上海软黏土的一维压缩试验、等压及偏压固结三轴不排水剪切试验 、 一系列 K ₀ 固结三轴排水应力路径试验以及不同中主应力系数和主应力轴旋转角度下的空心圆柱不排水剪切试验,对上海软黏土的屈服特性和主应力轴旋转效应进行了系统的研究。试验研究表明天然沉积的上海软黏土具有明显的结构屈服特性和塑性各向异性,初始状态边界面在 p′-q平面上呈并非以 K ₀ 线为对称轴的 倾斜椭圆形状,临界应力比随中主应力系数的增大而减小,验证了模型中所用的三维边界面方程的合理性;主应力轴旋转对天然沉积软黏土的应力应变关系及强度均有着重要的影响。通过天然沉积上海软黏土等压及偏压固结不排水三轴试验结果对模型参数进行标定,并对应力路径三轴排水试验以及主应力方向旋转的空心圆柱剪切试验结果进行计算,初步验证了拓展后模型在模拟复杂加载路径及主应力轴旋转效应的合理性和有效性。     

主应力轴旋转下(b=0.5)原状软黏土孔压特性

采用浙江大学空心圆柱扭剪仪(ZJU-HCA),对杭州原状软黏土进行固结不排水主应力轴旋转试验,探讨剪应力变化、初始剪应力水平高低及主应力轴正向和逆向旋转对黏土孔隙水压力(简称孔压)发展的影响。试验中保持平均主应力不变,中主应力系数b=0.5。试验结果表明:定向剪切产生的孔压主要受剪应力控制;用双重屈服面理论得到孔压系数,结合孔压线性拟合结果发现,若初始剪应力低于峰值剪应力,体积屈服面函数不受主应力轴旋转影响;若初始剪应力接近峰值剪应力,主应力轴开始旋转时的孔压上升速率相对较高,但后期孔压反而会下降;纯主应力轴旋转过程中的孔压上升速率主要受初始剪应力大小控制。主应力轴正向旋转较逆向旋转产生的孔压小;主应力轴逆向旋转相对正向旋转对整个剪切过程的孔压发展有较大影响。     

断裂力学和损伤力学在混凝土中的应用

叙述了断裂力学和损伤力学的形成、应用及发展过程，并将断裂力学和损伤力学引入到混凝土的研究中，探讨了断裂力学和损伤力学在混凝土中的应用。