梯度依赖的混凝土弹塑性非局部损伤的本构模型

以连续介质力学和不可逆热力学为基础,提出了新的混凝土弹塑性损伤本构模型.在该模型中采用了塑性应变εp、各向同性损伤标量D以及应变梯度(△)ε作为内变量,其中应变梯度反应了损伤的非局部性质,本模型是梯度依赖的非局部损伤模型,严格满足热力学的基本方程.应用梯度依赖弹塑性非局部损伤本构模型得出的结果比已有的混凝土损伤塑性模型更为合理.     

复合材料用机织物非正交本构模型的半球形冲压成型验证

为了描述复合材料用机织物在大变形下由于经纱和纬纱之间角度变化所引起的非线性各向异性材料行为, 前期工作中建立了一个非正交本构模型。利用半球形冲头对复合材料用平纹机织物进行冲压模拟, 并将非正交本构模型和正交本构模型的模拟结果与实验结果进行对比, 对非正交本构模型进行验证, 以充分说明该模型的有效性和正确性。结果表明: 采用非正交本构模型模拟的复合材料用平纹机织物变形后的边界轮廓与实验结果基本一致, 并且剪切角都在实验结果的误差范围内; 而采用正交本构模型, 复合材料用机织物变形后的边界轮廓和剪切角与实验结果相差较大。研究表明, 与正交本构模型相比非正交本构模型能更好地描述复合材料用机织物在大变形下的材料属性。      

循环稳定材料的棘轮行为：Ⅰ．实验和本构模型

在实验分析结果的基础上，对循环稳定材料的室温单轴和非比例多轴循环棘轮行为进行了本构描述，建立了一个简单而合理的、便于工程应用的粘塑性循环棘轮本构模型。给出了模型参数的确定方法，并根据实验获得的单拉应力．非弹性应变关系曲线确定了针对U71Mn轨道钢材料的参数值。在此基础上，通过对该材料棘轮行为的本构模拟检验了发展模型的预言能力。结果表明，模型具有很好的预测效果，模拟结果与对应的实验结果符合得很好。     

基于非凸本构模型的磁流变流体圆管流动分析

采用了基于唯象相变理论的非凸本构关系,对圆管中磁流变流体的层流运动进行了分析。所采用的本构关系能模拟磁流变流体特有的剪切力-应变率关系中的滞回特性。通过分析,建立了圆管层流的流速分布函数,同时对圆管层流的流量进行了计算,给出了固定磁场强度时的压力-流量特性曲线。对分别采用的非凸本构模型和宾汉本构模型的流速和流量公式用数值分析的方法进行了比较,验证了非凸本构模型的优点。     

混凝土结构材料非线性本构参数识别算法研究

针对混凝土材料特性离散性较大、本构参数不确定性较强的问题,本研究提出了基于RSM-CMA的钢筋混凝土结构材料非线性本构参数的识别算法。首先,讨论分析了ABAQUS混凝土损伤塑性模型与规范提供的混凝土本构模型的统一方法,开发了混凝土材料子程序,获取了影响混凝土单轴应力-应变关系的敏感待识别参数,给出了损伤塑性模型屈服面函数与塑性势函数等非识别参数的建议取值。其次,基于响应面法(RSM),实现了结构宏观响应与细观本构参数间隐性关系的显式表达,基于带约束的最小二乘原理,构建目标函数,利用混沌猴群算法(CMA),实现本构参数的优化识别。最后,以钢筋混凝土拱构件的数值仿真为算例,验证了本研究所提算法的准确性。结果表明:抗压强度、峰值压应变是混凝土本构敏感性参数;抗压强度为影响结构极限承载力的最显著本构参数,弹性模量次之,峰值压应变影响最小;本研究所提算法能够较为准确地识别材料的本构参数,有助于获取精确的结构层次宏观响应,可为有限信息下材料本构参数的辨识、获取提供参考。     

拱坝应力的非线弹性分析

将拱坝及其周围地基作为一个完整的研究对象．按全量型进行非线弹性分析．对不同的应力状态应用不同的强度准则．对不同的破坏状态应用不同的本构方程，并考虑材料的软化．对不同的破坏状态应用不同的弹性矩阵．本文最后给出了非线弹性本构关系分析的框图和一个拱坝非线弹性分析的例子。     

基于非共轴理论的各向异性砂土应变局部化分析

针对各向异性砂土应变局部化分析中本构模型存在的不足,采用非共轴理论进行改进。传统塑性位势理论采用各向同性假设,导致其模型不能描述非共轴特性和不能较好描述各向异性的不足,为克服传统塑性势理论的局限性,引入非共轴塑性理论建立了砂土的三维非共轴临界状态各向异性本构模型。考虑细观组构张量和应力张量的几何关系,改进模型即可描述主应力轴旋转条件下砂土材料状态的改变,材料状态变化直接导致模型的硬化规律和剪胀性发生变化,从而描述了原生各向异性的影响。非共轴修正后模型可以描述应力诱发各向异性和非共轴特性,结合分叉理论模型可以对不同沉积角度随围压变化的应变局部化特性进行分析。Toyoura砂的单剪试验和平面应变试验验证表明模型改进效果较好。     

循环稳定材料的棘轮行为:I.实验和本构模型

在实验分析结果的基础上,对循环稳定材料的室温单轴和非比例多轴循环棘轮行为进行了本构描述,建立了一个简单而合理的、便于工程应用的粘塑性循环棘轮本构模型。给出了模型参数的确定方法,并根据实验获得的单拉应力-非弹性应变关系曲线确定了针对U71Mn 轨道钢材料的参数值。在此基础上,通过对该材料棘轮行为的本构模拟检验了发展模型的预言能力。结果表明,模型具有很好的预测效果,模拟结果与对应的实验结果符合得很好。     

基于格构模型的岩石类材料开裂数值模拟

采用二维格构模型模拟岩石类材料的开裂过程。格构模型将连续介质离散为由弹性杆或梁单元组成的二维格构网格,单元采用简单的本构关系和破坏准则,单元之间的参数可互有差异,以引入材料的非均质性。在外载作用下对整体网格进行线弹性分析,计算出格构中各单元的局部应力,超过断裂阈值的单元将破坏,材料的破坏过程通过单元的依次破坏来模拟。使用格构模型分析了单轴拉伸破坏和单边切口梁的剪切破坏。数值模拟结果表明,格构模型可作为岩石、混凝土类材料开裂分析的一种有效方法。     

物体非物界摩擦力本构关系

本文利用切向力与微滑移成线性关系的力学模型，研究物体非临界摩擦力的本构关系，得出方程Ｆ＝ｋｆｏ△ｘＮ，利用这一方程可以解决有摩擦的超静定问题。     

三轴围压下砂浆弹塑性损伤变形过程的细观力学分析

基于对泛函势和Cauchy-Born准则,抽象出弹簧束构元和体积构元,组集两种构元的力学响应,给出了材料的弹性损伤本构关系;考虑滑移作为主要的塑性变形机制,提出了滑移构元,给出了材料的塑性本构关系;利用变形分解机制,得到了由三种构元共同描述的弹塑性损伤本构关系。阐述了在给定应变条件下弹塑性损伤本构关系的计算迭代流程。利用单轴拉伸算例详细阐述了模型参数的标定过程。对有围压作用下砂浆材料的压缩行为进行了模拟,从材料细观变形角度解释了随着围压增加,材料承载能力增加的现象。模型预测结果与试验结果符合较好,初步验证了模型具有处理非比例加载问题的能力。     

幂律型非牛顿流体本构常数的测量精度问题

研究了幂律型非牛顿流体本构常数的测量误差对于计算广义雷诺数、阻力系数以及建立二者实验关系的影响；指出在一定的（ｎ，ｋ）范围内，误差传播系数相当大，以致对本构测量精度要求很高。还分析了传播系数的因次和谐问题，并提出了改进本构测量的建议。     

混凝土材料的粘塑性损伤统一本构模型

发展了只适用于金属类材料的粘塑性统一本构理论,借助经典塑性理论的基本法则,建立了无屈服面和无破坏面的混凝土材料的粘塑性损伤统一本构模型。放弃了传统统一本构模型的静水压不影响非弹性变形和无非弹性体积膨胀的基本假设;发展了间断的经典塑性乘子,使其为连续函数,并提出了相应的构造方法,拓展定义了其物理意义。数值模拟显示,此本构模型能够模拟混凝土材料的率相关性质、在压缩载荷作用下的体积膨胀现象和由损伤引起的应力软化和刚度退化现象。     

非局部弹性杆固有频率求解的传递函数法

基于Eringen提出的非局部弹性模型，采用幂指数型核函数，导出直杆的振动方程，该振动方程与应用Eringen非局部微分本构关系得到的杆的振动方程一致，并应用传递函数法，进行了直杆的动力学分析，计算了它的固有频率和相应振型，结果表明本文方法具有一般性和通用性，并且求解问题过程统一，精度高，能够处理多种边界条件。     

钢筋混凝土结构材料本构模型参数的在线识别

为保证子结构拟动力试验中数值子结构的可靠性,模型参数在线识别与更新方法逐渐受到关注。对于钢筋混凝土结构,当采用纤维模型建立数值子结构时,混凝土材料本构模型参数的选择具有较大不确定性。因此,该文提出了基于隐性卡尔曼滤波器在线识别混凝土材料本构模型参数的方法。首先,对材料本构模型参数进行分类,定义了本构参数与非本构参数,提出了约束混凝土与非约束混凝土的一致本构方程。然后,针对观测量为混凝土应力的情况进行数值仿真分析,验证了此方法的可行性。最后,通过修改OpenSees源代码,实现了此方法在观测量为构件恢复力情况下的应用。研究结果表明该文提出的方法具有较好的稳定性与较高的精度,从而在很大程度上提高了数值模型的可靠性。     

钢筋混凝土轴压构件材料阻尼计算及应用公式

提出一种计算钢筋混凝土轴压构件材料阻尼的新方法，基于Lazan材料阻尼与应力关系的理论研究，利用Open SEES系统，采用Giuffre-Menegotto-Pinto钢材本构关系模型、Kent-Scott-Park混凝土本构模型及Karsan-Jirsa加卸载准则，计算钢筋混凝土构件在轴向重复荷载下的滞回曲线包围面积，从而得到钢筋混凝土材料单位体积损耗能量。结果表明，单位体积损耗能量随最大应力幅值的提高而增大，且随混凝土强度和配筋率增大而减小。通过SPSS统计分析软件回归建立了钢筋混凝土构件在轴向重复荷载下材料单位体积耗能与最大应力幅值的关系式，回归结果与计算结果吻合较好，为进一步了解钢筋混凝土材料性能及进行钢筋混凝土结构动力响应计算打下基础。     

混凝土坝地震动力损伤分析

基于塑性损伤本构理论,将损伤变量作为内变量,在Drucker-Prager本构模型中引入损伤变量,考虑材料损伤引起的材料劲度的退化,基于非关联流动法则计算材料的塑性应变,根据材料的有效塑性应变计算损伤量,考虑到张开裂缝闭合时材料弹性劲度的恢复,推导了考虑塑性损伤的混凝土动态本构关系,并给出了内变量的计算步骤和动力方程的迭代格式。最后利用建立的动态本构模型对Koyna重力坝进行了非线性地震响应时程分析,并给出了关键时刻坝体最大受拉损伤分布,结果表明在坝颈和坝基处出现了较大的损伤,坝颈处的损伤最终形成由下游向上游的开裂破坏,这与该坝的实际震害较为一致。     

非均质材料微成形过程的晶体塑性模拟

微塑性成形中,由于参与变形的晶粒数量有限,材料非均质现象显著,基于均匀化假设的宏观弹塑性模型不再适用,为了研究有限数量晶粒组成的材料塑性变形过程,需结合其微结构与微观塑性变形机制.参照金属材料的微结构,构建了非均质多晶模型,采用晶体塑性本构关系和Cauchy应力更新算法,设计了材料子程序(VUMAT),对含不同晶粒数目的圆形板料拉深过程进行模拟分析.研究表明,非均质多晶板料成形的筒形件具有明显制耳,但制耳轮廓无规律.晶粒数目增加会弱化材料非均质现象,使制耳高度降低,但又引起晶粒间约束增强,使拉深力小幅增长.     

混凝土双轴拉-压综合随机损伤本构关系研究

实际工程中的混凝土结构大多处于复杂应力状态,该文考虑混凝土组成材料物理性能的差异及横向变形性等特点,基于混凝土单轴受拉弹簧-摩擦块细观单元,建立混凝土双轴拉-压随机损伤细观模型。在双轴拉-压荷载组合作用下,根据混凝土破坏过程中的能量守恒原理,分别建立超高强高性能混凝土、普通混凝土及高强混凝土综合随机损伤本构关系,并针对损伤本构函数进行多参数灵敏度分析。通过理论值与试验结果的比较,验证了提出的随机损伤本构关系的有效性。     

非热弹性马氏体相变的细观本构模型

为了更清楚地认识铁基合金经受非热弹性马氏体相变的本征特性,在细观尺度对非热弹性马氏体相变进行了研究.基于马氏体相变晶体学和内变量本构理论建立了非热弹性马氏体相变的细观本构模型.该模型采用微区相变应变、奥氏体及马氏体的塑性应变表征宏观的非弹性响应,把奥氏体和马氏体变体的等效塑性应变率和体积分数变化率作为内变量描述微观结构变化.模型采用J2流动理论描述微区塑性流动,与采用晶体塑性的描述方法相比模型更简单,且更适用于工程计算.单晶奥氏体单变体简单剪切的模拟结果表明:随着应变的增加,先发生奥氏体塑性变形,进而发生相变,马氏体体积分数与应变呈线性关系;温度较低时易发生马氏体相变并使得材料的强度提高.