国际期刊导读

薄壁圆板有限元模拟破坏前的应力-应变关系 摘要：揭示了有限元模型中低碳钢的真实应力-应变关系。从一系列长宽比不同的构件的拉伸试验中得出了这些应力-应变关系。不同于工程应力-应变关系,真实的应力-应变关系与构件的几何特性是无关的。光学测量的使用将真实应力和应变与有限单元长度联系起来,     

非线性有限元模拟中的应力、应变关系

提出一种方法,可以确定直至结构破坏时,与单元长度相关的应力、应变关系,并适用于有限元分析模型。采用已测出的表面位移计算结构直至破坏时的应变。从颈缩处已测出的力和横截面面积可以推导出应力的数值。此外,由于光学测量的数字特性,将应变的参考长度清晰地定义为像素的函数。在数值模拟中有限单元的长度与这个参考长度相等。此法可以对拉伸试验进行精确的数值模拟,除非在结构破坏时曲线无法拟合,或者缺少根据所取的分隔尺寸来调整材料关系的迭代方法。精确的材料关系有助于提高非线性数值模拟的准确性。     

应变硬化水泥基复合材料加固钢筋混凝土构件弯曲破坏分析方法研究

依据应变硬化水泥基复合材料单向拉伸试验结果,提出评价该类材料单向拉伸特性的考虑断裂能的三折线模型。提出采用虚拟材料的零跨拉伸模型反映应变硬化水泥基复合材料加固层紧邻既有钢筋混凝土构件裂缝处的细小裂缝扩展过程,得到应变硬化水泥基复合材料加固既有钢筋混凝土构件时加固层数值单元的单向拉伸平均应力-应变曲线,该曲线考虑紧邻混凝土梁某裂缝的加固层细小裂缝(置于同一单元内)对单元单向拉伸应力-应变曲线的影响,继而以该平均应力 应变曲线作为加固层单元的应变硬化水泥基复合材料单向拉伸本构关系。该方法可避免不同单元尺寸对数值分析结果的影响,因此,对该类材料加固既有钢筋混凝土构件可以采用较大尺寸的单元划分进行数值分析。     

爆炸荷载下钢筋混凝土简支板的有限差分分析

考虑应变率效应、剪切和弯曲变形、横断面几何尺寸、荷载情况,编制有限差分分析程序,精确有效地分析爆炸荷载下钢筋混凝土简支板的动力响应。与构件截面应变速率相适应,采用截面分层分析模型,建立截面矩与和曲率的关系。根据所提公式,将相应的应变率效应与截面分层分析模型相结合,沿构件长度方向,对构件纵向应变速率的分布进行评估。采用明确的有限差分方法,可得到包括剪切变形和转动变量的Timoshenko梁方程的数值解。结合爆炸量和距离,根据钢筋混凝土板爆炸试验的结果,验证所提有限差分分析模型的精确性。与传统的单自由度分析和有限元分析相比,有限差分分析程序快速、精确,结合了单自由度分析的速度和有限元分析精确的优势,十分适合于设计公司应用。     

高强度钢材在±10%大应变下的循环加载试验

为实现高强度结构钢材拉压大应变循环加载试验,避免受压失稳,采用了标距与直径比为1.13的特小标距试件。有限元分析结果表明,在此标距范围内,钢材屈服后应力、应变仍是均匀的。标准尺寸试件与特小标距试件的单调拉伸试验结果对比表明,为去除大应变范围内试件面积变化影响而采用真实应力-真实应变表达钢材力学行为是必要和有效的。针对屈服强度达到510MPa的国产高强度结构钢材,采用了循环拉伸、等幅升幅、等幅降幅和等幅交替4种不同的循环加载制度,使最大循环应变幅达到了±10%。试验获得了大应变范围内钢材的应力-应变关系及滞回特性,结果显示,大应变范围内循环加载时钢材的应力强化将有显著趋缓现象,与常用的双折线模型有显著不同。     

高强度钢材在±10%大应变下的循环加载试验

为实现高强度结构钢材拉压大应变循环加载试验,避免受压失稳,采用了标距与直径比为1.13的特小标距试件。有限元分析结果表明,在此标距范围内,钢材屈服后应力、应变仍是均匀的。标准尺寸试件与特小标距试件的单调拉伸试验结果对比表明,为去除大应变范围内试件面积变化影响而采用真实应力 真实应变表达钢材力学行为是必要和有效的。针对屈服强度达到510MPa的国产高强度结构钢材,采用了循环拉伸、等幅升幅、等幅降幅和等幅交替4种不同的循环加载制度,使最大循环应变幅达到了±10%。试验获得了大应变范围内钢材的应力-应变关系及滞回特性,结果显示,大应变范围内循环加载时钢材的应力强化将有显著趋缓现象,与常用的双折线模型有显著不同。     

薄壁异形铝合金轴压构件畸变屈曲性能试验研究

进行了6个薄壁异形截面铝合金短柱轴压作用下畸变屈曲性能的试验研究。采用LVDT测量了试件的局部几何初始缺陷,得到了该类构件局部几何初始缺陷的形状和幅值。进行了4组铝合金试样的拉伸试验,得到了6063-T5铝合金的本构关系。在薄壁异形截面铝合金短柱的轴压试验中,记录了各构件的轴向位移、板件平面外位移、应变和荷载等数据,分析了畸变屈曲对试件极限承载力、变形和应变发展等的影响。建立了薄壁异形截面铝合金轴压构件的有限元模型,并将有限元模拟得到的构件承载力、破坏模态、应变发展以及变形情况等结果与试验结果进行了对比,验证了该有限元模型的准确性。     

混凝土受拉随机损伤本构关系及其应用

利用扩展的弹簧模型 ,从细观层次上分析了混凝土试件在单调拉力作用下的宏观性能 ,解释了混凝土单轴受拉应力 -应变关系中的应变软化和应力跌落现象 ;基于静力平衡和变形协调条件 ,建立受拉本构关系 ;利用单轴受拉试验 ,确定细观损伤单元的极限破坏应变随机场分布参数 ;与已有试验结果相比较 ,结果吻合较好     

土工格室HDPE片材拉伸应变率相关特性

通过条带拉伸试验,分析了高密度聚乙烯(HDPE)片材的拉伸应力-应变关系,指出了该关系的应变率相关特性,并对HDPE片材的拉伸模量、最大拉伸应力、最大拉伸应力对应的拉伸应变、泊松比等物理力学参数与拉伸应变率的关系进行了详细分析,给出了HDPE片材应变率相关的应力-应变数学模型及其参数的物理意义.     

不锈钢S30408材料本构模型试验研究

为了研究国产奥氏体不锈钢S30408的本构关系,对不同厚度的不锈钢试件进行单向拉伸试验。基于试件拉伸的试验曲线,得到不锈钢的名义应力-应变曲线及相关参数,之后将试验结果与各本构模型进行对比。结果表明:不锈钢材料具有明显的非线性;R-O模型较试验值结果偏大,Rasmussen模型、G-N模型和Quach模型与试验值误差较小。最后,采用各本构模型确定的材料的真实应力-应变建立有限元模型进行分析,发现分析结果与试验值吻合较好,建议的本构模型可用于后续关于不锈钢S30408构件及连接的相关研究。     

Strain and stress relation until fracture for finite element simulations of a thin circular plate

This paper presents a true strain and stress relation for mild steel that is suitable for the implementation in finite element models. This true strain and stress relation is obtained from a series of tensile experiments with specimens of different length-per-breadth ratios. Unlike the engineering strain and stress relation, the true strain and stress relation is found to be independent of the specimen geometries tested. The use of optical measurements relates the true strain and stress to the finite element length because the strain reference length, being a function of the pixel size, is clearly defined. This true strain and stress relation is used to simulate a plate punching experiment until fracture with the finite element method. The measured element length-dependent failure strain is implemented as a constant strain failure criterion and its applicability is attained through the close triaxiality ranges at failure, both for the tensile and plate simulations.     

基坑土体卸荷剪切模量真三轴试验研究

通过对基坑土体真三轴卸荷不排水试验结果的分析,研究了由广义虎克定律推导出的土体广义剪应力与广义剪应变的关系,并根据土体实际应力路径定义了中主应力系数,推导了基坑土体卸荷切线剪切模量计算公式。研究表明:土体广义剪应力与广义剪应变关系曲线呈明显的非线性,中主应力对土体强度的影响存在区间效应。在中主应力σ2的数值由σ3逐步增加到σ1的过程中,土体的强度逐步提高到一定峰值后,再逐步减小。     

NONLINEAR VISCOSITY OF SUBGRADE SOILS UNDER CYCLIC LOADING

1 anODUCTIONBoth qualny and Haree of Pavment willlopIy depend on mechanical behavior of suWesoils, Wially the viscous mp of sUbgrade soilunder vehicle-induced dynaInic loading. However,little effort has bo mad in inveStigating soil viscousbehavior in both the laboratory and the field. In mostntnnerical and compute modeling inveStigations,poeters related to soil viscous behavior aretalitionally empintal. For example, cOmPLItr mode-ling wAn the finite elemen method (FEM) is one ofmoSt …     

Bukit Timah花岗岩的动态本构关系

用预埋于不同位置的压力探头，监测冲击产生的平面应为波在岩石试件中的应力历史波形。对应力波经过Lagrange分析得到BukitTimah花岗岩的动态本构关系。在一维应变状态下，BukitTimah花岗岩的应力依赖于瞬态应变和应变率，以及波动过程的应变率历史。     

ETFE薄膜双向力学性能试验研究

利用圆形气泡试验研究ETFE薄膜双向受力性能,得到了完整的真实应力-应变曲线和基本力学性能参数.结果表明:当真实应力为17~18MPa时,ETFE薄膜的真实应力-应变曲线出现第1个转折点,与单轴拉伸试验结果相同;当真实应力约为50MPa时,该曲线趋于平缓;当真实应力约为60MPa时,由于局部破损导致ETFE薄膜球冠失效;在双向拉伸下,ETFE薄膜破裂时的真实应变为30%~40%,远小于单轴拉伸试验结果.基于试验结果提出了1种四折线本构模型,并通过数值模拟验证其适用性.     

应变计组的因果关系模型有效性判断算法研究

根据第一应变不变量原理,分析了应变计组观测值的应变平衡原理,对部分损坏的应变计组的应变换算进行了探讨,并通过对应变计组不同状态的应力计算进行了验证,研究并总结了判定应变计组有效性的方法,编制了基于因果关系模型的应变计组有效性判断、应变换算和应力计算集一体的程序。     

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。     

单轴压力下56.3～164.9MPa混凝土的应力-应变关系

本文通过对21组抗压强度达56.3～164.9MPa的高强/超高强混凝土棱柱体单轴受压下的性能研究,回归得出了轴压强度、峰值应变与抗压强度的关系式。同时,本文引入修正系数k,实现了不同强度等级混凝土应力-应变曲线上升段关系式的统一。研究发现,修正系数k随混凝土抗压强度提高而逐渐由0增大至接近1,这与应力-应变曲线上升段由抛物线向直线过渡的结论一致。当k=0时,该模型与HOGNESTAD公式一致。文末,仅通过混凝土立方体抗压强度,建立了不同强度等级混凝土的应力-应变曲线上升段本构关系,该模型结果与试验结果吻合很好。