基于能量特征的脆性岩土材料广义拉伸损伤模型

损伤变量及其演化方程是损伤本构理论研究的核心问题,当前岩土材料的损伤演化方程多是通过经验假定或试验拟合的方法得到的,缺少必要的理论依据。本研究定义损伤变量为材料受荷变形过程中的能量耗散量与破坏时的临界能量耗散量之比,结合Lemaitre应变等价性假设,从材料损伤过程中的能量平衡原理出发,推导了具有理论依据的损伤演化方程表达式,从而建立了适用于脆性岩土材料的广义拉伸损伤本构模型。通过试验和数值计算结果对比表明模型能够较好的反映单轴拉伸过程中的应力应变关系和应力跌落现象。对不同加载条件下的应力应变关系计算表明:广义拉伸状态下,脆性岩土材料的抗拉强度随侧向压应力的增大而减小,随侧向拉应力的增大而先增加后减小。     

双内时概念及弹塑性损伤双内时本构模型

Ｖａｌａｎｉｓ体系中的内时本构关系属于弹塑性本构关系，本文的目的是用内时理论的思想来推导弹塑性损伤本构模型，文中首先构造了隐含损伤的Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ自由表表达式，之后又引入了双内时的概念，即把内时分成了塑性内时和损伤内时，并给出了分别用两种内时表示的塑性内变量和损伤内变量演化方程，以此为基础得到了弹塑性损伤双内时本构模型，经过讨论得出了材料为各向同性有关塑性的两种特性的约束条件和有关损伤的三种特     

基于应力-应变曲线的混凝土弹塑性损伤本构模型

为了准确地模拟混凝土材料的力学性能,从有效应力的角度出发,基于连续损伤力学基本原理,根据混凝土的应力-应变关系曲线(以改进的Saenz曲线为例),推导出混凝土受压损伤演化方程,建立基于应力-应变曲线的混凝土弹塑性损伤本构模型,并且开发进入ABAQUS中;通过数值模拟与试验结果对比分析,结果表明该本构模型可很好地描述混凝土的塑性变形、刚度退化的力学行为;对钢筋混凝土桥墩的振动台试验进行模拟,结果表明该模型可较好地模拟地震作用下钢筋混凝土桥墩的损伤演化过程,因此该方法建立的混凝土弹塑性损伤本构模型具有工程应用意义.     

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．     

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...     

混凝土蠕变损伤分析模型

从损伤发展和基体蠕变这二种时间相关变形及其耦合效应的角度研究混凝土的蠕变。利用非平衡态热力学关系，给出混凝土损伤蠕变本构方程和损伤演化方程。通过养护时间及蠕变有效作用应力的定义，将混凝土老化效应及骨料因素考虑了进去。     

改进的混凝土弹塑性损伤本构

针对现有的混凝土弹塑性损伤本构模型的缺陷,利用能够反映混凝土拉压方向不同强度特性的Hsieh-Ting-Chen四参数屈服函数,基于热力学耗散原理提出了一种新的混凝土弹塑性损伤本构模型,并且进行单轴拉伸和单轴压缩下,应力-应变关系的数值试验。和其它混凝土弹塑性损伤本构模型相比,提出的弹塑性损伤本构模型有其优点:只有一个未知参数,其余的参数都和Hsieh-Ting-Chen混凝土四参数屈服函数的参数相同,易于确定未知参数;并且拉压损伤演化定律采用相同的计算公式,能够较好地反映混凝土在复杂应力状态下的拉压不同的损伤特性及应力-应变曲线。     

脆性岩石非线性弹性损伤本构方程及其实验验证

本文在对脆性岩石力学性质的实验研究的基础上,探讨了脆性岩石的广义弹性模量,广义弹性泊松比,不可逆变形泊松比以及岩石的损伤变形特征,从而定义了新的岩石损伤表征量.建立了脆性岩石的弹性损伤耦合本构方程和损伤演化方程.并采用石英砂岩对所建立的岩石损伤本构方程在单轴压缩实验中进行验证,结果表明,理论分析与实验结果吻合较好.     

带空洞损伤的梁的纯弯曲

从弹性微结构理论出发研究了带空洞损伤线弹性材料的本构方程，把这种考虑损伤的本构方程应用到梁的纯弯曲．得到了关于梁的应力场、应变场、位移场和损伤场．通过简化与假设，其应力场、应变场可以得到与古典弹性力学关于梁的纯弯相同的结果．文中结果既验证了考虑损伤的本构方程的正确性，又在一定程度上更精确地反映了梁的受力及变形情况．     

小变形的Lagrange型弹塑性本构模型

讨论了小变形Lagrange型弹塑性本构模型。由背应力定义塑性应变,从而由Ilyushin假设得到背应力的演化律。分析表明,该模型的强化特性由参量β决定。对一种特殊的各向同性弹塑性模型的讨论表明,这种La-grange型弹塑性本构模型能表征极其复杂的弹塑性特性。     

Elastoplastic damage model for concrete based on consistent free energy potential

The aim of this study is to formulate an appropriate free energy potential for inelastic behavior of concrete and construct an elastoplastic damage model on a more rational basis. The concept of effective plastic energy storage rates is proposed, which are conjugate forces of hardening variables in an undamaged configuration. Then an analogy between the evolution of hardening variables and that of a plastic strain is used to postulate the formulation of plastic free energy. This formulation reflects the specific characteristics of a certain plasticity model, so it can serve well as a thermodynamic link between plasticity and damage. By combination of the general formulation of free energy with the double hardening plasticity theory and two-parameter damage expression, a thermodynamically well-founded elastoplastic damage model for concrete is constructed. The operator split algorithm is employed, and the numerical simulations agree well with a series of material tests.     

焊缝金属损伤演化规律的试验测定

在焊接过程中，焊缝内部会产生各种微观缺陷．为了模拟这些缺陷的发展对结构性能的影响，需要知道焊缝金属的损伤演化规律．基于各向同性弹塑性损伤假定和应变等效假设，采用重复拉伸的试验方法，得到了焊缝金属的损伤演化规律．试验结果表明，焊缝金属具有比较好的塑性变形能力，焊缝的损伤值与材料的累积塑性应变呈线性关系．     

弹塑性体的可动边界变分原理

利用可动边界的变分方法,在一阶变分为零的条件下,导出了待解函数应满足的数学物理方程,并建立了弹塑性体的可动边界变分原理,对弹塑性问题作了完整的描述。这类变分原理含有弹塑性区的交界方程、沿应变(应力)路径积分时,应变与应力应满足的本构方程、及在整体边界上力的附加边界条件。当略去边界可动性的影响时,这类变分原理就退化为通常的变分原理。     

考虑爆破效应的隧道开挖损伤区及渗流场分析

针对爆破效应对围岩力学参数及渗透系数的劣化问题,根据岩石弹塑性力学、连续损伤力学、有效应力原理及渗透系数演化方程,提出了基于Hoek-Brown准则的岩体弹塑性损伤模型,并给出了模型的有限元数值求解算法.以甄峰岭隧道为工程依托,对所选断面开挖损伤区进行数值分析,通过声波检测手段确定爆破扰动范围及损伤值,修正计算力学参数和渗透系数.结果表明,考虑爆破效应后的开挖损伤区,位移值和涌水量均大于不考虑爆破效应时的数值,进行工程稳定性评价时应充分考虑爆破因素的影响.     

砂土弹塑性-损伤本构关系的数值建模

认为岩土介质变形中出现的剪胀现象实质上是一个损伤过程.通过中密砂的三轴压缩试验,发现其在剪胀后,弹性模量和剪切模量大幅度下降,这进一步证实了剪胀的确是个损伤演化过程.引进了一个损伤变量描述这个过程,结果表明,损伤程度相对塑性体积应变的变化速率与初始固结压力相关,且随压力增大而减小.同时利用数值建模方法建立了砂土的弹塑性-损伤模型,考虑了弹塑性变形与损伤的耦合效应,获得了相应的应力应变关系及它的三维曲面.     

AZ31B镁合金和6065铝合金动态压缩行为数值模拟

为了研究帽状试样AZ31B镁合金和6065铝合金在动态压缩变形过程中的温度、应力与应变演变规律,采用Johnson-Cook本构方程和累积塑性损伤方程进行了数值模拟,运用有限元软件ANSYS/LS-DYNA模拟了AZ31B镁合金和6065铝合金帽状试样的动态变形过程.结果表明,两种合金的裂纹萌生和扩展过程相似,局域化变形带内塑性应变由内向外对称分布.相比于AZ31B镁合金,6065铝合金的塑性应变影响区域更为狭小,其应变和应变率硬化效果更强.6065铝合金的变形温度能够达到其动态再结晶临界点,因而易于绝热剪切带的形成.     

混凝土弹塑性损伤本构理论的研究

所讨论的模型和方法都是以连续介质力学和不可逆热力学为基础的，提出了新的混凝土弹塑性损伤本构模型.在该模型中采用了三个内变量，即塑性应变、各向同性损伤标量D以及应变梯，其中应变梯度反应了损伤的非局部性质，因此本模型是梯度依赖的非局部损伤模型.这个新的本构关系模型严格满足热力学的基本方程，在理论上是严密的.     

大理岩三点弯曲梁弹塑性损伤破坏研究

在应变空间内,推导出弹塑性损伤增量本构方程,通过自编程序实现该本构方程,同时将此程序实现了并行算法;建立了三点弯曲梁二维及三维细观尺度数值试样,分别进行相应地弹塑性损伤破坏数值模拟,作了相应的对比分析,在数值模拟中,提出破坏单元网格消去法,模拟裂纹扩展。研究发现:数值试验同物理试验较吻合,且与理论分析是一致的;由于三维试样细观单元的非线性比二维在空间上更为离散,由三维细观单元弹塑性损伤非线性反映宏观试样的非线性,更能深入地研究细观破坏机理;提出的破坏单元网格消去法为有限元清晰模拟裂纹开辟了新的途径;并行算法程序的实现为应用于大型三维水利水电工程奠定了基础。     

高分子材料应力控制下的低周疲劳损伤模型

采用连续损伤力学的方法,在著名的王-楼模型的基础上,充分考虑了高分子材料的循环软化特性,得到了高分子材料三轴应力场中的低周疲劳损伤模型.由该模型可知:应力控制的低周疲劳中,循环软化现象表现为平均应变随循环数的增加而增加,材料的损伤包括循环塑性损伤和由随循环数增加的平均应变引起的蠕变损伤,同时得到了三轴应力场中的疲劳失效准则和损伤演化方程.     

等主应力比路径下砂土弹塑性本构关系的数值建模

按照数值建模理论,建立了砂土在等主应力比路径下的弹塑性本构模型,给出了塑性体应变和塑性剪应变两组屈服轨迹,模型的建立为工程提供了一个符合土体中实际发生的应力路径的本构方程.同时,通过与常规三轴压缩路径和等p路径(TC)下的应力应变关系曲面和屈服轨迹的对比,发现三者之间存在着显著差别,证实了应力路径对本构关系的影响是不可忽略的.