基于应变空间的碾压混凝土各向异性损伤本构模型

根据碾压混凝土材料的力学特性和损伤拉压显著不同的特点,分别在拉应变和压应变空间建立了碾压混凝土的本构关系和损伤演化方程.在拉应变空间,碾压混凝土的变形特性表现为脆弹性,考虑弹性与损伤耦合,应用正交各向异性损伤理论描述碾压混凝土的刚度退化和应变软化;在压应变空间,考虑弹塑性与损伤耦合,应用内时理论来描述碾压混凝土的弹塑性特性,正交各向异性损伤理论来描述微裂缝扩展引起的刚度退化和应变软化,内时理论没有屈服面,使模型的参数和方程大大减少,从而简化了非线性计算过程.计算结果表明,该模型能够较好地描述碾压混凝土在单轴和多轴加载下的性质.     

混凝土正交各向异性动态损伤本构模型研究

为建立混凝土的正交各向异性动态损伤本构,首先采用动力放大系数的形式考虑材料的应变率效应,然后基于Sidoroff能量等价原理,建立动态条件下单元体的损伤刚度矩阵。同时在损伤演化模型中,采用Mazars损伤模型描述主轴方向的损伤变量。另外采用适用于正交各向异性的Hoffman屈服破坏准则,并考虑损伤及动力放大系数对强度的修正。以建筑结构受爆破震动荷载作用的实验资料,对本模型进行了验证     

一种修正的混凝土弹性损伤本构模型及其应用

混凝土弹性损伤本构模型的模型参数少、标定简单、计算效率较高,适于工程应用。Faria和Oliver等人所提出的混凝土损伤模型,体现了混凝土弹性损伤本构模型的上述优点,但原模型对反复荷载作用下混凝土刚度恢复效应描述欠佳。针对此不足,该文做了修正。并以ABAQUS为平台编制了材料模型子程序UMAT。应用修正的模型对几个典型...     

约束混凝土单轴弹塑性损伤本构模型

该文通过采用混凝土三维弹塑性损伤模型和弧长法分析了钢筋混凝土单轴压缩过程中箍筋对混凝土的约束作用,得到了约束混凝土单轴抗压强度和延性增大系数。基于连续介质损伤力学的基本框架,引入约束混凝土强度和延性增大系数,建立了混凝土单轴弹塑性损伤本构模型。验证表明：该文模型符合热动力基本方程,可较好地反映约束混凝土强度和延性增大、强度软化、刚度退化、塑性变形、裂面效应、等力学特性;模型参数与中国现行《混凝土结构设计规范》推荐的模型完全相同,易于工程应用。将该文模型与纤维束形式的Timoshenko梁单元相结合,在自主研发的结构非线性分析软件SAUSAGE中完成开发实现。利用SAUSAGE完成了某钢筋混凝土框架结构的大震动力非线性分析,结果表明：箍筋约束作用可以有效抑制梁、柱构件的非线性发展,影响了结构最大层间位移角和最大层间剪力等宏观指标。     

水饱和混凝土单轴压缩弹塑性损伤本构模型

多孔多相的饱和混凝土中,孔隙自由水对混凝土的力学特性有显著的影响。该文基于损伤力学基本原理建立了单轴压缩条件下水饱和混凝土的弹塑性损伤本构模型,并结合太沙基“有效应力原理”,认为材料的损伤是由本体有效应力和结构有效应力引起的,根据应力平衡条件得出了两种有效应力下的应力关系方程,并在此基础上建立了水饱和混凝土的单轴压缩损...     

反映阻尼影响的混凝土弹塑性损伤本构模型

通过引入有效阻尼应力和阻尼应力,提出了一种基于损伤的阻尼模型,并与混凝土弹塑性损伤本构模型相结合,建议了一类可以直接在材料层次考虑阻尼耗能影响的弹塑性损伤本构模型。当材料处于线弹性阶段,该阻尼模型退化为经典的Rayleigh刚度比例阻尼;同时,还可以描述材料非线性阶段损伤演化引起的耗能能力降低、裂缝闭合后耗能能力(部分)恢复等典型的非线性结构阻尼行为。利用建议的本构模型,通过HHT-α方法可以将结构的动力非线性分析转化为常规的无阻尼结构动力学问题来处理,十分方便有限元方法实现。对Koyna大坝的地震动时程分析结果表明了建议模型及其数值算法的有效性,可以应用于混凝土结构的非线性动力反应分析。     

混凝土随机损伤本构模型研究新进展

为了方便活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,RPC)等效矩形应力图系数与塑性损伤因子的计算与取值,对RPC应力-应变曲线系数与塑性损伤因子的计算模型进行了理论研究。通过对现有的计算方法进行无量纲化转化,推导了决定计算模型的四个原函数条件;对一个实际的应力-应变关系进行了计算,将得到的结果进行了分析;并对受弯矩形梁非极限状态下截面内力和力矩的推定计算进行了演示。针对应力-应变关系式含有非整次有理分式的情况提出了曲线拟合方法;研究了拟合次数、拟合区间和拟合函数类型对拟合精度与稳定性的影响。比较了4种典型的RPC本构模型在同种材料下的应力-应变曲线系数与损伤因子取值模型曲线,结果显示：拟合曲线得到的取值模型与其他原始曲线得到的取值模型在曲线上具有较高的相似度,证明了曲线拟合方法的准确可靠性;最后给出了一种RPC受压应力-应变曲线系数与塑性损伤因子无量纲化取值模型。

     

基于能量的弹塑性损伤实用本构模型

建立一个实用的弹塑性损伤本构模型。在有效应力空间采用经验公式计算塑性变形,能将模型塑性部分与损伤部分解耦,降低模型的数值处理复杂性,同时大大简化模型塑性应变的计算。结合不可逆热力学理论,基于损伤能量释放率建立损伤准则,损伤能量释放率由修正后的弹性Helmholtz自由能导出,模型中将弹性Helmholtz自由能分解为应力球量部分和应力偏量部分,将其应力球量部分产生的损伤取为零,同时根据应力状态引入折减系数对其应力偏量部分进行修正,使得模型能较为准确的模拟混凝土材料在双轴加载下的本构行为。将应力张量谱分解为正、负两部分以分别定义材料受拉、受压损伤演化,并采用受拉损伤变量、受压损伤变量分别模拟混凝土材料在拉、压加载下的本构特性。引入一个加权损伤变量使得模型能较准确的反映混凝土材料的“拉-压软化效应”。最后该文给出初步试验验证,证明了该文模型的有效性。     

混凝土化学-力学损伤本构模型

水使混凝土孔隙溶液中钙离子流失是混凝土结构力学性能劣化的重要原因。根据试验结果,提出了一个新的混凝土化学—力学损伤耦合本构模型,用各向同性损伤变量描述混凝土化学—力学损伤。混凝土孔隙中钙浓度满足钙离子质量守恒的非线性扩散方程。有限元计算和试验结果表明,计算值和试验数据吻合很好,提出的本构模型能较好地反映混凝土化学—力学损伤耦合作用。     

混凝土随机损伤本构模型研究新进展

综述了混凝土微观损伤机理与随机损伤本构模型研究现状,介绍了本课题组在混凝土随机损伤本构模型方面取得的研究进展：进行了考虑mode-II微裂缝的微观损伤机理分析,提出并验证了混凝土随机损伤本构模型——束-链模型,发展了测定多轴受压混凝土损伤变量的X-射线CT方法。最后,得到了相关研究结论。     

循环荷载作用下的混凝土弹塑性损伤本构模型及数值实现

该文建立了一种描述混凝土在循环荷载作用下复杂力学行为的弹塑性损伤模型。该模型借助四参数等效应变将复杂的多轴问题转换至单轴等效应变空间中求解,考虑了混凝土卸载过程中的刚度退化现象及不可逆变形。同时针对等效应变的非负特性,提出了拉压转换处理方法,从而在求解损伤变量时无需区分拉损伤和压损伤。该文提出的弹塑性损伤模型数学形式简洁,且实现过程不依赖于四参数模型,实现方法普遍适用于各类混凝土等效应变模型,通过模拟单轴循环荷载试验和Koyna大坝动态损伤过程,验证了该文模型的正确性与可靠性。     

带有橡胶垫层的混凝土接触特性试验及其内聚力模型

针对带有橡胶垫层的混凝土试件,通过直剪试验研究了带有橡胶垫层的混凝土接触摩擦特性。采用PPR内聚力模型表征接触面的接触摩擦特性,对试验结果进行了模拟分析。试验结果表明：在带有橡胶垫层的混凝土接触面剪切过程中,剪切应力与剪切位移的变化过程可分为弹性、弹塑性硬化和应变软化变形阶段。当轴向应力在1.5 MPa~13 MPa范围内时,残余强度与剪切强度比在55%~65%,当轴向应力为17 MPa和21 MPa时,残余强度与剪切强度比大约分别为70%、80%。橡胶垫层在混凝土之间起到良好的缓冲作用。在轴向应力较大时,接触面的应力变形会伴有明显的软化变形阶段。利用Archard非线性幂次准则描绘了剪切峰值应力与轴向应力的关系,准则中常数k和m分别为0.97和0.33。PPR内聚力模型计算表明剪切应力随剪切位移变化关系曲线与试验结果基本吻合,为研究盾构管片块体间的接触摩擦作用研究提供借鉴。     

NUMERICAL AND EXPERIMENTAL VERIFICATION OF A NEW MODEL FOR FATIGUE LIFE

Abstract— A new model for fatigue life prediction has been presented[1]. The model is based on Palmgren-Miner's rule in combination with a level crossing analysis. Here an effort is made to verify the model, numerically and experimentally. Data from the literature and experimental data generated by us have been compared with fatigue life predictions made with the new model. The data have also been compared with traditional fatigue life estimations based on the rain flow count method. The fatigue lives predicted by the new model often agree better with actual lives than predictions made with the RFC-method. This is especially pronounced when the loading sequence is very irregular, i.e. when the sequence contains many small cycles superimposed on large cycles. The new method is both fast and simple to use.     

土与结构接触面土体软/硬化本构模型及数值实现

基于土与结构接触面变形特性分析,将接触面土体的剪切滑动面与单元体三维应力状态下的八面体面相对应,通过土的三维弹塑性本构模型在八面体面上的剪切应力-应变关系,建立了接触面土体剪切应力-应变关系;将接触面土体法向压缩变形与侧限压缩条件相对应,通过侧限压缩条件下的荷载变形关系,建立了接触面土体法向应力-应变关系;进一步将接触面土体切向与法向耦合,建立了接触面土体本构模型,模型只有4个材料参数,参数物理意义明确,可由等向压缩试验和常规三轴压缩试验确定。与接触面土体试验结果的对比分析表明,所建立的本构模型可较好地描述接触面土体切向软/硬化特性与法向变形规律。结合有限元软件ABAQUS,编制了FRIC模型子程序,通过模拟土与结构界面剪切滑移过程表明,编制的FRIC子程序可较好地模拟土与结构界面接触的非线性力学行为。     

一个钢筋混凝土损伤塑性本构模型及工程应用

以ABAQUS大型程序为平台,采用应变协调假设和强度等效假设,给出了一个描述钢筋混凝土材料与结构损伤塑性分析的本构模型。这里的钢筋强化特性是通过定义强化了的拉伸塑性应力-应变曲线来实现的。模型中的钢筋不再以独立的金属材料形式出现,而是被等效钢筋混凝土代表体元模型包含进去了,用拉伸应力-应变曲线峰值后区的硬化-软化强度曲线直接定义强化功能。这个模型着重对ABAQUS软件中给出的损伤塑性模型的拉伸强化-软化阶段的特性进行了完善。采用试件受单向拉伸和简支梁受集中力载荷两个简单算例说明了模型的有效性。最后该研究将这个模型用于一个受地表堆积载荷、土压力和地下水压力联合作用下的钢筋混凝土墙体结构的ABAQUS有限元损伤塑性数值分析中。     

混凝土拉-压疲劳损伤模型及其验证

基于连续损伤力学理论,提出了混凝土单轴拉-压疲劳损伤模型。模型中采用了拉和压两个边界面。加载面、边界面方程均以损伤能量释放率表示。在能量释放率空间内,由加载面与初始损伤面、边界面之间的位置描述损伤状态。通过建立累积损伤与相应循环损伤能量释放率阈值之间的关系,确定了疲劳加载中极限断裂面尺寸的变化规律,由此模拟混凝土在循环荷载作用下的刚度退化过程。结合作者完成的疲劳试验结果,确定了理论模型中的计算参数。经比较,理论模型预测的应力-应变数值、疲劳寿命和试验结果吻合较好。     

基于广义Hoek-Brown准则的弹塑性本构模型及其数值实现

Hoek-Brown强度准则在岩石及岩体工程中得到了广泛的应用,而目前基于该准则建立起的弹塑性本构模型在理论上还存在着一些不足;考虑到不同围压条件下的岩石材料塑性形变发展特征,提出了基于分段隐式修正塑性势的塑性流动法则,解决了其它基于广义H-B准则所建立的本构模型中塑性流动方向不连续及需额外引入参数等问题;采用基于误差控制的改进欧拉中点积分算法,对该本构模型进行了数值实现并给出了单积分点层次的结果验证;进一步将成果嵌入到了同济曙光岩土工程三维数值平台(GeoFBA3D)当中,并给出了一类经典弹塑性力学问题的计算结果验证以及其在隧道工程中的典型应用算例。     

砂土统一本构模型研究及其三维数值实现

基于广义塑性理论与临界状态概念,研究提出了一个统一三维砂土本构模型,通过一组参数实现了砂土由压缩至剪切过程中状态参量的统一表述。基于ABAQUS提供的用户自定义材料子程序UMAT接口,利用Fortran语言编程实现了该三维弹塑性本构关系模型在软件中的二次开发。分别利用Toyoura砂、Fuji River砂以及Tokachi砂的剪切试验数据与数值模拟结果进行对比,结果表明:提出的有限元计算模型可以有效反映加载过程中不同围压和砂土初始密度对应力-应变曲线的影响,能够准确描述密砂的剪胀特性与应变软化特性以及松砂的剪缩特性与应变硬化特性,从而更加真实地反映三维应力状态下土的变形和强度特性。研究成果进一步扩展了ABAQUS在岩土工程中的应用范围,能够为岩土工程领域的数值分析计算提供更加快捷的解决方案。     

基于亚塑性理论建立土体各向异性本构模型的一种新途径

在归纳整理连续介质的材料力学性质的基础上,引出土体本构关系的两种描述框架,即弹塑性理论和亚塑性理论,并对其相互关系进行了分析,指出亚塑性理论适宜用来构建土体的本构模型,并提出了一种基于亚塑性理论的建立土体各向异性本构模型的新途径,该途径通过将一各向异性破坏准则嵌入亚塑性模型来确定各向异性参数,有别于以往通过拟合实验数据来确定各向异性参数的方法。该途径为目前各种分析平台提供了一种考虑主应力轴旋转效应的可能。