弹塑性损伤材料的三维本构描述

本文从现象学观点出发,在定义损伤材料有效应力及有效塑性应变的基础上,根据不可逆热力学基本原理,得到了等效虚拟弹塑性热力学状态的有效广义摩擦系数。从Gibbs自由能体系出发,推导出了弹塑性损伤材料的三维本构方程。在这一过程中,损伤对塑性内变量的贡献,通过其二阶张量定义,并由等效的Burger位错矢量的井矢表征。从而考虑了弹塑性与损伤的交互作用影响。此外,本文从热力学耗散机制出发,通过引进一个有效的广义摩擦力函数,获得了以耗散势表示的损伤演化方程,并且容易得到显式。最后,本文对给出的损伤本构方程及损伤演化方程进行了讨论,得到一系列有益的结果。     

一种考虑损伤的胶凝原油启动初始应力-应变模型

引入损伤变量（因子）,结合胶凝原油恒剪切速率启动过程的应力－应变特性,建立了考虑损伤的力学本构模型,经实验验证,新本构方程可很好地描述胶凝原油启动初始破坏过程的应力－应变关系。利用获得的本构方程参数,作出了相应条件下的损伤演化曲线,与应力－应变曲线结合分析发现,启动温度对胶凝原油结构损伤破坏过程影响最小,其不同条件下的损伤演化曲线基本重合;而启动剪切速率和静态降温幅度对损伤演化过程的影响相对较大,且随其值的增大,损伤演化过程表现出加速特性。     

红黏土损伤特性及损伤演化规律试验

基于原状红黏土三轴不排水试验,得出桂林红黏土应力－应变关系,分析了原状红黏土结构损伤特性,确定损伤变量Ｄ,并对红黏土的损伤演化规律进行分析,验证其损伤本构关系。研究结果表明：桂林原状红黏土的应力－应变关系曲线表现出理想塑性的特点;不同围区条件下,轴向应变１.３６％处可视作红黏土应变的门槛阈值,对应的应力作为应力门槛阈值;初始弹性模量和割线模量有关的变量Ｄ可作为损伤变量;损伤变量随主应力差的增大而增大,基本呈线性关系,损伤变量与轴向应变基本呈指数函数关系,表明红黏土损伤过程是不可逆的特点;本文提出的损伤本构方程能够较好地拟合红黏土的应力－应变曲线关系,反映不同围压条件下的红黏土结构性损伤变化规律。     

混凝土分段曲线损伤本构模型及其数值验证

目的对引入损伤变量的混凝土结构进行损伤分析.方法结合混凝土规范中混凝土受拉应力-应变曲线数据和能量等效假设;在ABAQUS有限元分析软件中采用损伤模型进行结构分析,新的损伤演化方程中的材料参数值由试验标定;对混凝土试件的单轴拉伸行为和三点弯曲行为进行数值验证.结果提出了新的混凝土分段曲线损伤模型;单轴拉伸梁最大损伤值为0.9329,三点弯曲梁最大损伤值0.989;模型损伤演化结果符合试验趋势.结论较好地描述我国现行混凝土规范中给出的混凝土材料本构关系,新的混凝土损伤本构模型可以用于混凝土结构的损伤分析.     

风积沙混凝土轴心受压力学性能研究

试验设计风积沙和粉煤灰内掺替代等质量的河砂及水泥,制备了10组风积沙-粉煤灰混凝土,进行60d风积沙-粉煤灰混凝土轴心抗压试验,开展风积沙-粉煤灰混凝土轴心受压破坏形貌、微观结构、应力-应变关系、轴心抗压强度、峰值应变、弹性模量、泊松比等内容的试验研究。结果表明：弹性阶段各掺量风积沙混凝土应力-应变曲线基本趋于一致,进入弹塑性阶段后,风积沙混凝土较基准混凝土应力增长较快,混凝土脆性增加。轴心抗压强度、弹性模量及泊松比随风积沙掺量增加呈现先增大后减小的变化趋势,随粉煤灰掺量增加在降低。最后,对过镇海经典模型上升段本构参数A进行二次演化,建立了本构参数与轴心抗压强度和风积沙掺量之间的演化模型,得出风积沙混凝土应力-应变上升段本构方程。     

非线性损伤材料中Ⅲ型裂纹尖端场

为了研究损伤对裂纹尖端场的影响，在Krajcinovic一维脆性材料损伤模型的基础上，从宏观的唯象角度出发，采用连续损伤力学中的热力学内变量理论，推导出三维空间非线性损伤材料的本构方程，建立了一种非线性应变损伤模型，得出非线性损伤材料皿型裂纹尖端应力、应变和损伤场的解析表达式及其数值计算结果．经过分析得出损伤指数n和损伤变量D对裂尖场的影响较大，应力、应变为有限值，不具有奇异性，从而在理论上解释了实际材料在有限应力下破坏的现象，与工程实际相符．     

非饱和多孔岩石的热力学本构理论

为了在本构模型中同时考虑岩石材料和多孔岩石的非线性和不可逆变形,提出非饱和多孔岩石工程力学理论.应用体积分数概念和混合物理论,凭借均匀化响应原理,获得由孔隙应变张量、饱和度和各组分材料体应变5个状态变量表示的能量平衡方程.利用自由能确定的5个弹性方程,加上体积分数之和等于1这个方程组成6个本构方程.根据这些方程可以求解非饱和岩石本构模型的全部6个未知变量(3个位移矢量和3个体积分数).根据不可逆热力学理论,基于熵产公式提出用内变量表示的耗散率势函数,获得能够反映黏性和塑性不可逆变形特性的耗散本构方程.结果表明,自由能和耗散率2个势函数分别反映了岩石弹性和非弹性变形规律,共同构成了非饱和多孔岩石的热力学本构理论框架.     

基于金属材料统一本构及损伤理论的模型研究

结合传统的弹塑性本构理论和损伤演化方法,根据不可逆热力学定律,引进了非弹性乘子,给出金属材料含损伤、运动硬化和等向硬化内变量的非相关流动势函数,推导出流动方程以及内变量演化方程,构建金属材料的粘塑性统一本构模型,反映出金属材料在加卸载情况下的应力应变以及相应的变化特性．     

岩石塑性应变损伤模型的建立及应用

岩石塑性变形和损伤变量的微观机制都是岩石中微裂纹的萌生和发育,塑性变形与损伤在岩石材料中是同时出现的,它们的演化规律是相互耦合的.本文采用基于塑性应变的损伤变量,定义岩石在破坏过程中塑性应变增量与损伤增量成正比关系,并把极限塑性应变归一于岩石的临界损伤值,建立了岩石塑性应变损伤模型和本构模型.实验曲线与利用所建立的塑性应变损伤模型计算的应力-应变曲线吻合较好,岩石塑性应变损伤模型能较好地描述岩石整个加载过程中的损伤与应力、应变的关系.并根据岩石塑性应变损伤模型,分析了单轴压缩荷载作用下岩石的应力和应变与损伤的演化规律.     

基于能量损失理论的再生混凝土损伤塑性研究

为了研究再生混凝土塑性阶段的损伤演化和刚度劣化,从能量损失的角度基于广义自洽模型对传统的非均质材料能量积分公式进行了重新推导,得到仅含位移的新能量公积分式用以重新定义损伤变量.通过公式计算可以得到损伤过程中的能量变化与劣化后的弹性模量.此外,模拟了再生混凝土单轴压缩,对比了重新定义的损伤变量与传统损伤本构模型的D-x曲...