弹塑性本构模型计算冻结壁应力场和位移场

应用冻结壁在卸载状态下冻结壁-周围土体共同作用的力学模型,基于大量的冻土应力-应变关系曲线的试验,采用弹塑性非线性本构模型计算冻结壁应力场和位移场.计算结果表明,由于冻结壁在周围土体共同作用下外载比原始水平应力要低,计算的应力场和位移场和有限元模拟接近地.     

土坯砌体单轴受压本构模型研究

通过土体材料的土工试验及泥浆立方体、土坯和土坯砌体单轴抗压试验,分析了土体材料的工程性质和单轴受压下土坯砌体的应力-应变关系。建立了泥浆立方体、土坯和土坯砌体的弹性模量与其抗压强度之间的关系方程,提出了土坯砌体抗压强度的简化计算公式。基于Weibull分布的损伤统计强度理论,利用应力-应变曲线峰值点的特征,建立了损伤修正统计本构模型,并与试验数据进行了比较,验证了损伤修正统计本构模型。研究表明:土坯砌体损伤统计本构模型,在峰值应力前期,损伤修正统计本构模型与试验数据吻合很好;在峰值应力后期,由损伤修正统计本构模型计算的应力值比土坯砌体试验应力值偏小。研究结果可为土坯砌体墙的抗震性能研究提供理论参考。     

冻结滇池泥炭质土剪切力学特性影响试验及其本构关系

为了研究泥炭质土的剪切强度特性和本构关系,通过现场取土,基于室内三轴试验设备,分析了对不同冻结温度下冻结泥炭质土的力学性能变化以及本构关系。分析结果表明:(1)冻结重塑泥炭质土破坏形态随着含水率增加而改变,塑性变化转变为脆性变化特征;(2)昆明滇池重塑泥炭质土偏应力-应变曲线呈现应变硬化型,改变影响因素(含水率、围压、冻结温度)时偏应力峰值发生明显变化,且变化趋势呈线性;(3)冻结温度-5℃、含水率49%的冻结重塑泥炭质在不同围压下求取的内摩擦角为29.17,黏聚力121.91 kPa;(4)对基于邓肯-张模型且考虑不同影响因素(含水率、围压、冻结温度)的冻结滇池重塑泥炭质土进行参数确定,建立不同影响因素下的相关本构模型;(5)本构模型理论数值与实际试验数值进行对比,验证了本构模型的合理性,计算冻结重塑泥炭质土的破坏比数值处于0.817—0.922,本构模型可靠度较高。     

高应变率下含水红砂岩爆破损伤演化模型研究

基于直径50 mm的Hopkinson压杆装置,从宏观与微观两方面探究含水红砂岩在应力波作用下的力学特性与损伤演化机理,并将弹性模量定义的含水损伤与微元破坏数量定义的荷载损伤视为宏观损伤与微观损伤,基于Weibull理论与Drucker-Prager准则,推导得到红砂岩在含水率与应变率耦合作用下的复合损伤变量与动态损伤本构方程。研究表明,岩石损伤在一定范围内随含水率的增加而逐渐扩大,随着试样饱和,含水损伤趋于稳定。复合损伤变量与荷载损伤在应变率的作用下变化趋势近似,可分为初始阶段、低速发展阶段与快速发展阶段,代表了岩石在爆破冲击作用下的损伤演化过程,与含水红砂岩动态压缩破坏过程中应力-应变曲线的各个阶段相对应。将理论应力-应变曲线与实测应力-应变曲线进行对比,对建立的动态损伤本构模型准确性进行验证,发现该模型与含水红砂岩在动态压缩过程中的各个阶段拟合度较好,证明了该模型的准确性。     

陶瓷纤维混凝土冲击力学响应及统计损伤本构模型试验研究

采用Φ100mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置对陶瓷纤维混凝土的动态力学性能进行研究,并验证了试验结果的有效性;基于IPBS模型(修正平行杆模型),建立考虑应变率效应的混凝土单轴受压统计损伤本构模型,模拟陶瓷纤维混凝土的动态损伤破坏过程。结果表明：陶瓷纤维对普通硅酸盐混凝土的增强增韧效果明显,尤其是在高应变率范围内;SHPB试验过程中应力均匀性和恒应变率加载条件得到了较好地满足;动态损伤本构模型提供曲线与试验曲线吻合较好,能够较为准确地描述陶瓷纤维混凝土破坏前的应力应变关系。     

杨木静动态压缩本构模型研究

目的 以杨木为研究对象,研究其静动态压缩载荷作用下应力-应变曲线的变化特征,建立适合的本构模型,并对其进行描述。方法 对杨木试件进行静动态压缩加载试验,分析静动态压缩载荷作用下杨木应力-应变曲线的变化特征,构建适用于静动态压缩载荷作用下杨木的本构模型。结果 静态压缩加载杨木的应力-应变曲线分为线弹性阶段、屈服阶段和密实化阶段等3个部分,动态压缩加载杨木的应力-应变曲线分为线弹性阶段和屈服阶段等2个部分;静态压缩加载时,杨木轴向屈服应力最大,分别是径向和弦向的5.70倍和7.75倍;动态压缩加载时,当应变率从400 s-1增加到1000 s-1时,径向、弦向和轴向的屈服应力分别增加了1.51,1.59,3.12倍,杨木的屈服应力具有应变率敏感性;采用包含应变率影响的本构方程来描述杨木在静动态压缩载荷作用下的本构关系是比较合适的。结论 杨木是一种应变率敏感材料,静动态压缩载荷作用下杨木的应力-应变曲线均表现出多孔材料的特征,将多孔材料本构模型应用于木材是可行的。     

Fe-36Ni高温高应变率动态力学性能及其本构关系

为研究Fe-36Ni因瓦合金的动态力学性能及其本构关系,在20～800℃和10-3～104 s-1的应变率内,采用电子万能试验机和高温分离式霍普金森压杆分别对Fe-36Ni因瓦合金进行准静态实验和动态压缩实验,得到其高温、高应变率下的应力-应变曲线.结果表明,Fe-36Ni因瓦合金的流动应力表现出较强的应变率和温度敏感性,随着应变率的增大而增大,随着温度的升高而减小.采用改进应变率项和温度项的Johnson-Cook本构方程拟合了Fe-36Ni因瓦合金在高温、高应变率下的动态塑性本构关系,拟合结果与试验数据吻合很好.     

冻结状态聚乙烯醇纤维/水泥基复合材料抗压本构模型

为了研究冻融循环后的聚乙烯醇纤维/水泥基复合材料在冻结状态下的抗压服役情况,设计了冻结聚乙烯醇纤维/水泥基复合材料抗压试验,先对试样进行0～300次的冻融循环,冻融循环试验后在-18℃的持续低温环境下对试样进行抗压试验,分析试样的抗压应力-应变关系及影响机制。在此基础上,结合等效应力原理和统计损伤理论,建立了冻结状态聚乙烯醇纤维/水泥基复合材料抗压本构模型,讨论了损伤变量随冻融循环次数的演化特征。结果表明：随着冻融循环次数的增加,冻结状态下聚乙烯醇纤维/水泥基复合材料的抗压峰值强度降低,峰值应变增加,极限破坏时脆性特征显著,高冻融循环次数下试样的弹性模量主要由试样中的孔隙冰来提供。建立的模型可以较好地预测实际经受冻融循环作用后的聚乙烯醇纤维/水泥基复合材料在冻结状态下的抗压应力-应变关系,冻融损伤变量和总损伤变量与冻融次数有显著相关性。     

高应变率下岩石本构特性的研究

高应变率下岩石的动态本构关系和力学特性,目前主要是利用SHPB装置等来获得．基于统计学和损伤力学的观点,建立岩石在高应变率下的动态本构模型是进一步研究爆破机理、爆炸应力波传播、爆破参数优化的基础。理论和实验证明,本文推荐的4种动态本构模型与试验结果有较好的一致性,对进一步研究岩石的动态力学性质奠定了基础．     

试论镁铝合金高应变率单轴压缩拟合本构关系的代入校核

从实验与数值模拟的结合上,确定与考察了镁铝合金在一维应力高应变率压缩状态下的本构关系。把由一维准静态及动态压缩试验结果所拟合的经验性本构关系代入镁铝合金的SHPB试验的全过程数值模拟,可再现实验测得的反射波波形及透射波波形。数值模拟也表明,采用SHPB试验经典分析所估算的应力、应变、应变率与试件典型微元在试验过程中所经受的应力应变、应变率也基本一致,然而,应变率并非常值。     

基于统计损伤理论的饱和细粒砂岩本构模型研究

为了更好地揭示饱和细粒砂岩在不同孔隙水压力作用下的损伤本构关系,基于损伤力学/概率统计方法和有效应力原理,采用MC强度准则假定微元强度服从对数正态分布,建立了基于统计损伤理论的饱和细粒砂岩本构模型,修正了统计损伤模型参数F_0、S_0与孔隙水压力之间的关系表达式,建立了能够更加客观地反映饱和细粒砂岩损伤状态的本构模型。理论与试验对比研究表明所建立的模型具有一定的可靠性,在此基础上,研究了统计损伤模型参数F_0、S_0对饱和细粒砂岩物理特征的影响,探讨了饱和细粒砂岩在不同围压、不同孔隙水压力下的损伤演化规律,为实际工程案例中饱和细粒砂岩的损伤变化提供了参考。     

描述天然橡胶大应变行为的本构方程EI北大核心CSCD

文中建立了一种新的可描述天然橡胶(NR)在大应变范围内的应力应变关系的本构方程。在建立本构方程过程中,首次同时考虑了橡胶网络不均匀性、化学交联点、缠结点以及应变诱导结晶现象对橡胶应力应变关系的贡献,最终成功地推导出了可描述NR大应变行为的本构方程。通过使用本构方程对应力应变曲线进行拟合,可以得到橡胶网络结构参数的具体数值。这些参数值可以用于揭示NR的微观结构特征以及在拉伸过程中微观结构的变化。     

淀粉/PP基发泡缓冲包装材料动态冲击性能研究

目的 研究不同初始应变率和湿度条件下,淀粉/PP基发泡缓冲包装材料的动态冲击性能,并构建基于湿度及应变率的动态本构模型。方法 应用冲击试验机对淀粉/PP基发泡缓冲包装材料进行不同初始应变率及相对湿度下的动态冲击实验,得到其应力–应变曲线,并构建动态本构模型。结果 动态冲击下,材料的应变率效应较为明显,该材料的应力和能量吸收随着初始应变率的增加而增加。在相对湿度为50%的条件下,当应变为0.6时,随着初始应变率由30 s⁻¹分别增加至34.6、38.6 s⁻¹,材料的应力分别增加了36.1%和50.4%,能量吸收分别增加了25.8%、36.4%。该材料对环境湿度较为敏感,该材料动态冲击力学性能随着相对湿度的增加显著降低,在初始应变率为38.6 s⁻¹条件下,当应变为0.6时,随着相对湿度由50%增加到70%、90%,该材料的应力分别下降了9.7%和11.3%。另外,构建了基于初始应变率和湿度的淀粉/PP基发泡材料的动态冲击本构模型。结论 初始应变率与湿度对材料的缓冲性能有一定的影响。基于初始应变率和相对湿度的动态冲击本构模型,通过实验进行了验证,实验数据和本构模型一致性较好,该本构模型可用于预测该材料的动态冲击应力–应变曲线。     

小变形条件下聚合物本构关系研究

通过两种工程塑料不同温度条件下的准静态和动态压缩试验,研究这两种工程塑料的应力应变特性。同时,为描述所研究聚合物在高温、高应变率下的应力-应变特性,基于Johnson-Cook本构模型,建立一种形式简洁、便于参数拟合的聚合物本构模型。分别利用聚甲醛和密胺树脂在准静态下和高应变率条件下的真应力-真应变曲线,对模型进行参数拟合和标定,结果表明:在高温、高应变率条件下,模型可以预测到5%应变以前的应力-应变关系,与聚合物力学性质符合率良好。     

描述天然橡胶大应变行为的本构方程

文中建立了一种新的可描述天然橡胶(NR)在大应变范围内的应力应变关系的本构方程。在建立本构方程过程中,首次同时考虑了橡胶网络不均匀性、化学交联点、缠结点以及应变诱导结晶现象对橡胶应力应变关系的贡献,最终成功地推导出了可描述NR大应变行为的本构方程。通过使用本构方程对应力应变曲线进行拟合,可以得到橡胶网络结构参数的具体数值。这些参数值可以用于揭示NR的微观结构特征以及在拉伸过程中微观结构的变化。     

三种建筑钢筋材料高应变率下拉伸力学性能研究

钢筋混凝土结构除承受静载荷外,在恐怖袭击、燃气管道爆炸等特殊情况下还会承受动态载荷的作用,因此,研究其组成材料之一的钢筋材料在动态载荷作用下的力学性能,对于研究钢筋混凝土结构整体在动态载荷作用下的力学响应有重要意义。该文首先利用旋转盘冲击拉伸试验系统对3种常用建筑钢筋材料(HPB235、HRB335和HRB400)在400 s^-1~2000 s^-1应变率范围内的动态拉伸力学性能进行试验研究,然后根据试验数据,分析应变率对屈服强度的影响规律,并对常用的Johnson-Cook本构模型进行修正,以获得可以更好描述这3种钢筋材料动态拉伸应力-应变关系的本构模型及相关的材料参数。研究结果表明:3种钢筋材料的屈服应力均随应变率的增大而增大,而静载屈服应力越低的钢筋对应变率越敏感;修正后的Johnson-Cook本构模型能较好地描述3种钢筋材料的动态拉伸应力-应变关系。     

金属塑性变形的本构模型研究

根据位错动力学理论,忽略动态应变时效因素,将塑性变形的流变应力分解为非热应力、热激活应力和粘拽阻力3部分,建立了一个基于物理概念的本构模型。对HSLA-65结构钢的力学行为进行了研究,试验温度为77～700K,应变率为0.001～0.1s-1,真实塑性应变超过60%。结果表明,塑性流变应力随温度的降低、应变和应变率的增加而增大;在一定的温度和应变率范围发生动态应变时效现象,并且随应变率的提高,该现象将移向更高的温区。通过模型预测与试验结果的比较可知,所给本构关系能很好地描述较宽的温度与应变率范围内的塑性流变应力。     

钢/聚氨酯夹层结构动态压缩力学性能与本构模型研究

基于霍普金森压杆(SHPB)装置,对高应变率下的钢/聚氨酯夹层结构进行了动态压缩实验,通过对不同厚度比的试样进行比较,建立了夹层结构的动态本构模型。实验结果表明,钢/聚氨酯夹层结构对应变率较为敏感,其屈服强度随应变率的增大而增大,且屈服强度的增幅随应变率的提高会有一定幅度的上升。基于Johnson-Cook模型,考虑厚度比对结果的影响,建立适用于钢/聚氨酯夹层结构的动态本构模型,并通过试验分析,确定了模型参数。利用实测应力应变曲线拟合的方法得到的钢/聚氨酯夹层结构的动态压缩本构模型,能描述不同厚度比的钢/聚氨酯夹层结构在高应变率下的应力应变关系,具有较高的精度。     

3003铝合金热变形流变应力及动态再结晶模型

在变形温度为300～500℃,应变速率为0.01～10.0s~(-1)的条件下,通过Gleeble-1500热模拟试验机对3003铝合金进行高温等温压缩实验。结果表明,该合金在热变形过程中的峰值流变应力可用双曲正弦本构方程来描述,由本构方程计算获得模型的流变应力预测值和实测值的相对误差在±7%范围以内。根据热力学不可逆原理确定动态再结晶临界应变,建立动态再结晶开始时间与变形温度关系的RTT(Recrystallization Start Time)图,研究表明:动态再结晶开始时间随着应变速率的减小与变形温度的降低而增大,由流变应力曲线计算动态再结晶体积比例,其大小随变形温度的升高和应变速率的减小而增大,并获得3003铝合金动态再结晶体积分数数学模型。     

0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢动态力学性能研究

0Cr17Ni4Cu4Nb为沉淀硬化型不锈钢,常用在高强度冲击结构中.本文利用分离式Hopkinson压杆实验设备测定了该材料在多种应变率下的动态应力-应变关系,在此基础上选择了Cowper-Symonds 动态强化模型来拟合和描述材料的动态本构特性.利用拟合得到的相应参数对该材料的动态力学性能进行详细的分析,同时还分析了该材料的工程应力-应变曲线和真实应力-应变曲线参数之间的相同点和不同点.