循环加载下钢构件考虑几何非线性和材料非线性的分析方法

在双剪统一屈服准则的基础上,建立了一种全新的可以适用于多种不同材料的统一屈服准则.采用混合强化准则,考虑Bauschinger效应、屈服平台、硬化(软化)效应,建立了结构钢弹塑性统一本构模型,并推导了U.L格式的非线性有限元方程.     

双剪统一边界面塑性本构模型的有限差分算法及其数值验证

双剪统一边界面塑性本构模型(BUST模型)能反映低偏应力水平下岩土材料的塑性应变累积行为,这不同于经典双剪统一弹塑性本构模型。为了将BUST模型应用于滑坡或边坡的静、动力响应分析,构建并编译了BUST模型的有限差分算法,且通过数值模拟分析验证了该算法的可靠性。首先,推导BUST模型在一般应力空间和主应力空间的有限差分计算格式,给出了边界面、加载面、映射变量、塑性乘子、塑性修正、角点奇异性处理等的具体数学形式;其次,编写BUST模型的C++程序,并在FLAC^3D软件平台开展一系列数值计算,比较BUST模型与双剪统一弹塑性本构模型结果差异性,预测软岩三轴剪切应力–应变关系,模拟黄土–泥岩边坡坡体内部加速度响应。结果表明所构建的双剪统一边界面塑性本构模型有限差分算法计算结果可靠,可用于分析边坡或滑坡的静、动力响应。     

结构性软土三维弹塑性损伤本构模型研究

基于所提出的岩土材料统一各向同性破坏准则,通过引入椭圆–抛物双屈服面模型以及结构性损伤屈服面,结合复合体损伤概念,建立了三维主应力空间中弹塑性损伤本构模型,该模型能够反映结构性软土应力应变的非线性、剪胀剪缩特性、结构性以及中主应力对变形的影响。通过结构性软土试验结果与模型的计算结果对比分析,表明该模型能够较好地预测结构性软土三维空间的应力–应变特性。     

双剪统一弹塑性应变软化本构模型研究

 根据统一强度理论应力不变量的形式,确定所要建立模型的屈服函数以及塑性势函数,考虑土体强度随加载过程的逐渐发挥,确定土体硬化函数。采用非相关联流动法则建立复杂应力状态下的土体弹塑性本构方程,并且对模型中所产生的奇异性进行分析和处理,指出模型中的奇异性是屈服函数、塑性势函数的流动矢量、以及硬化模量所引起的。给出模型中所含参数的确定方法,采用膨胀性泥岩的常规三轴试验模型进行验证,验证结果表明,所建立弹塑性本构模型能够模拟泥岩的应力–应变关系,较好地反映土体的应变软化特性。     

混凝土弹塑性耦合疲劳本构模型

考虑到混凝土具有弹塑性耦合的性质，本文运用弹塑性理论在应变空间建立了一个能描述混凝土和刚度变化的塑性面，通过改变屈服阈值来分析混凝土在疲劳加载下的本构特征。计算结果表明，该模型能较好的描述混凝土在单轴及多轴单调加载和疲劳加载下的性质。     

西安东门城墙的弹塑性有限元分析

西安东门城墙是我国的重点保护文物，对其研究意义重大．采用俞茂宏统一强度理论建立的弹塑性本构模型对其研究，得到了不同强度准则下的荷载系数位移曲线、塑性区分布、主应力迹线、弹塑性极限等结构特性．研究表明，不同的强度理论（如ＭｏｈｒＣｏｕｌｏｍｂ理论、广义双剪强度理论和ＤｒｕｃｋｅｒＰｒａｇｅｒ准则）对城墙结构分析有很大的影响．     

混凝土弹塑性本构实用模型研究

在深入研究了混凝土弹塑性本构理论基础上,提出了一个混凝土弹塑性本构模型,将Mande模型骨架曲线做一定的改进作为模型的等效单轴应力—应变曲线,加载硬化阶段采用应力空间弹塑性模型,软化阶段采用应变空间弹塑性模型,推导了应变空间下硬化参数的计算公式。模型屈服面采用黄克智—张远高三参数破坏准则,并推导了屈服面三个参数与混凝土强度之间的关系,为屈服面参数的确定提出了一种实用方法。将本文提出的模型在ABAQUS中二次开发,数值算法采用图形返回算法,通过几个算例表明本文提出的模型具有较高的计算准确度。     

岩体三维非线性力学问题的弹塑性力学模型

在对岩体结构进行三维有限元分析时,为了反映岩块（包括节理裂隙）和软弱结构面（断层、软弱夹层）的非线性力学性质,本文近似地将岩体视为弹塑性体,在综合了前人弹塑性增量理论研究工作和试验资料的基础上,分别对岩块和软弱结构面提出了带有普遍性的力学模型。并根据塑性力学的“非关联”流动法则推导了相应于该力学模型的本构关系。可供编制三维弹塑性力学问题有限元法计算程序之用。     

西安东门城墙有限元动力分析

西安东门城墙是我国的重点保护文物，对其研究意义重大．本文采用俞茂宏统一强度理论建立的弹塑性本构模型的动力有限元程序，输入Ｅｌ－Ｃｅｎｔｒｏ 波对其研究，得到了不同点的加速度响应曲线、位移响应曲线和最大加速度及最大位移，为古城墙研究提供了宝贵的资料．     

岩石的临界状态非关联弹塑性本构模型

当前岩石的弹塑性本构模型还缺乏实用性强,又比较符合实际的模型。本文作者引用非关联流动规则和弹塑性本构理论中的临界状态理论,研究了一个岩体的非关联弹塑本构模型.此模型可适用于低应力水平下的岩体力学模型,及统一处理硬化和软化材料的力学关系.本文给出了应用此模型的石英试件分析结果.     

基于三维弹塑性损伤模型的木材非线性分析

为预测木材复杂的受力行为,在弹塑性理论和连续介质损伤力学的框架内建立了木材三维弹塑性损伤本构模型。采用Hill屈服准则和Voce强化模型描述木材受压硬化行为;通过修正后的Hashin破坏准则和指数型损伤演化模型控制木材受拉、受剪的损伤演化过程。基于应变增量法求解本构模型的数值解,并采用Newton-Raphson迭代法求解塑性应变。通过编写用户自定义子程序（UMAT）将本构模型嵌入商业有限元软件ABAQUS,并根据试验结果对本构模型进行了验证。针对木材顺纹和横纹受压试验的数值模拟结果表明,该模型可以有效地描述木材的受压非线性硬化行为。针对木材斜纹受拉试验的数值模拟结果表明破坏准则可以较为准确地识别木材在横纹拉应力和顺纹剪应力作用下的破坏模式,损伤演化模型可以合理地控制木材的损伤演化过程。     

非均匀强化塑性模型的统一弹塑性本构关系

介绍了三参数统一强度理论和非均匀强化塑性模型 ,并利用三参数统一强度理论对非均匀强化塑性模型进行推导 ,得出了其在强化过程中的弹塑性本构关系。所得模型考虑了材料的拉伸强度与压缩强度不等、双轴等压强度与单轴等压强度不等的情况。当取不同的参数 b和 α时 ,该本构关系退化为 Mohr- Coulomb、Tresca和双剪强度理论等在非均匀强化塑性模型下的本构体系 ,因而可以适用于各类工程材料和不同的受力情况 ,有重要的工程应用价值。     

土石粗粒料的强度和变形特性的试验研究

根据大坝应力路径,对粗粒料进行等应力比和等应力比增量等于常数的三轴剪切试验,得出了相应的应力–应变关系式和规律;根据粗粒料的试验强度曲线特征,提出用幂次型函数表述粗粒料的抗剪强度,并以此为屈服准则,结合弹塑性理论建立了粗粒料的弹塑性本构模型,该模型可以用一个统一的表达式表述,该模型概念清晰、模型参数较少;同时推导出粗粒料的弹塑性矩阵;通过试验验证模型计算得到的粗粒料应力–应变关系曲线和实测结果吻合较好。     

也谈土力学研究的理论与实践——李广信、杨光华文章读后

<正>一、前言 岩土工程学报1991年第5期发表了“关于土力学理论发展的一些看法”(简称“看法”)和“岩土类材料的多重势面弹塑性本构模型理论”(简称“多重势面理论”)两篇文章,文章耐人寻味,笔者读后颇受启发。岩土工程学报能开展这样的讨论是很可喜的,它将引起广大青年学者的关注和思考。“看法”一文,不仅在学术上,而且就科学研究方法展开讨论,提出了这样一个严肃的问题,即“有志于岩土工程和岩土力学工作的青年学者们应当走一条什么样的道路,才能不浪费自己的才华和精力,从而在此学科中作出自己的贡献。”笔者现就自己由此而感发的几点想法奉献给岩土工程学报和广大青年读者。这些想法未必成熟和全面,不妥之处恳望前辈、同行批评指正。     

岩体粘弹性、粘塑性本构模型辨识及工程应用

 博士学位论文摘要　借鉴系统辨识的理论和方法, 基于实际施工中量测获得的岩体变形信息, 对岩石力学中更深一层次的逆向题——岩体粘弹塑性本构模型的辨识问题进行了较深入的探讨。初步建立起基于一般辨识原理和优化技术的岩体粘弹性、粘塑性本构模型辨识的理论和方法, 并用FORTRAN 语言编制了弹2粘塑性模型辨识程序EV E ID 和弹2粘塑性模型辨识程序EV P ID。学位论文完成的主要工作有:(1) 根据系统辨识所需的先验知识、实现的原理和一般步骤, 深入地研究了岩体系统本构模型辨识的特点, 从一般角度探讨了岩体本构模型辨识的途径和实现的方法;(2) 将n 阶线性偏微分方程视为连续介质弹2粘弹性本构方程的一般数学描述, 将初始地应力和特定形状洞室的开挖作为已知的输入, 现场实测数据作为系统的输出响应, 用解析的方法建立了隧道围岩系统弹2粘弹性本构模型辨识的一般方法, 并编制了相应的有限元为基础的辨识程序EV E ID;(3) 将P. Perzyna 方程的一般形式视为连续介质弹2粘塑性本构方程的一般数学描述, 基于上述(2) 中同样的输入、输出条件, 并考虑洞室开挖面空间影响效应, 建立了弹2粘塑性本构方程中流动系数C和屈服准则的函数5 的辨识方法, 并编制了以二维弹2粘塑性有限元为基础的辨识程序EV P ID;(4) 用数值方法正面分析了流动系数C和屈服准则的函数5 对隧道开挖中围岩位移影响的敏感性, 从而证明了C和5 的可辨识性, 并建立了C和5 的寻优途径;(5) 探讨了基于上述粘弹、粘塑性本构模型的辨识, 实现隧道掘进中围岩变形和应力、围岩稳定、支护结构安全度、工程投入运营后长期稳定性的预测及实时的支护质量监测与反馈修正的方法;(6) 用本文的辨识程序, 对某矿井下巷道掘进中的实测收敛值进行了实际的辨识计算, 证明了所提出的辨识方法的可行性。     

循环荷载下岩体结构面本构关系与积分算法研究

地下结构中广泛存在的各种不连续面是影响岩体工程力学特性的重要因素,研究结构面在循环荷载作用下的力学行为具有重要的工程意义。基于非关联塑性理论,同时定义加载剪胀段和反向剪缩段,建立了岩体结构面剪胀与塑性耦合本构关系;从结构面的基本损伤机制出发,基于拉、剪分离的思路,建立了一类基于能量原理的岩体结构面拉、剪损伤本构模型,该模型基于有效应力空间塑性力学基本原理,定义了岩体结构面拉、剪塑性Helmholtz自由能分量及损伤能释放率,建立了岩体结构面拉、剪损伤破坏准则。针对结构面在循环荷载作用下的强非线性问题,引入算子分解的思想,将弹塑性演化与损伤演化过程分开进行求解,提出了结构面弹塑性损伤本构关系的混合积分算法。分别进行了岩体结构面直剪和循环剪切试验的数值仿真,计算结果与模型试验基本一致,表明该模型在模拟非连续岩体复杂变形方面是合理有效的。     

岩石三维弹塑性损伤本构模型研究

基于应变等效假设和真实应力概念的弹塑性损伤理论,在真实应力空间内,结合非线性统一强度模型,以广义塑性剪应变为硬化参数,并同时考虑应力水平对硬化速率的影响,建立了无损状态下岩石材料的弹塑性表达式;在名义应力空间内建立考虑围压对损伤速率影响的损伤演化方程,从而建立了岩石材料的三维弹塑性损伤本构模型。本构模型中各物理参数意义明确,与材料试验结果的对比表明,所建立的三维弹塑性损伤本构模型可较好地描述岩石材料在多轴受力情况下的变形与强度特性,为岩体工程的复杂非线性受力分析提供理论依据。     

一个基于细观结构的粗粒料弹塑性本构模型

针对粗粒料的剪胀特性和强度非线性,在经典弹塑性理论框架内,建立了一个基于细观结构的粗粒料弹塑性本构模型。模型采用基于颗粒材料细观结构变化推导得到的屈服函数,在此基础上由非相关联流动法则得到的剪胀方程,结合粗粒料典型的三轴压缩试验结果,引入一种无黏性土的压缩模式,构造了能够统一描述粗粒料剪胀、剪缩特性的硬化参数。阐述了由常规三轴试验和等向压缩试验确定模型全部7个参数的方法。对3种粗粒料三轴压缩试验结果进行了预测,预测结果与试验结果吻合良好,说明模型能够合理地反映粗粒料的应力变形特性。     

一种描述木材受压的非线性本构模型及试验验证

在一种用于纤维复合材料的简易本构模型的基础之上,通过考虑木材在纤维方向产生的塑性应变并假设木材是横观各向同性材料,提出了一种包含双参数的弹塑性本构模型。该本构模型采用一种二次多项式形式的屈服函数,假设材料的塑性应变从加载开始即逐渐产生,并定义了有效应力和有效塑性应变来反映材料所固有的非线性性质。为了确定本构模型中的待定参数,同时验证该本构模型针对木材的适用性,进行了不同纤维角度红松材的静力受压试验。通过对比模型的预测结果与受压试验结果发现,该双参数本构模型能够较为准确地反映木材受压的非线性应力-应变关系,可以用来预测木材在斜纹理方向受压时的力学行为。     

混凝土弹塑性损伤本构关系统一模型

在提出了静力弹塑性损伤本构模型的基础上，通过对损伤能释放率阀值进行PERZYNA粘性规则化以及引入粘弹性一损伤阻尼应力，建立了基于能量的混凝土弹塑性损伤本构关系统一模型；给出了该模型的基本公式和相应的非线性有限元数值实现算法，并对KOYNA混凝土重力坝进行了动力非线性数值模拟。结果表明：建议统一模型能较好地描述包括应变率效应在内的混凝土典型非线性行为，并可以直接在材料本构层次考虑阻尼的影响，同时其数值算法是稳定有效的，可以应用于大型混凝土结构的非线性分析。