木材本构模型研究进展

木材本构模型是木结构受力分析的基础。基于木材各纹理方向的单调加载、重复加卸载试验结果，总结了木材的失效机理及其非线性受力特征。在此基础上，梳理了木材经验本构模型、弹性本构模型、弹塑性本构模型和损伤本构模型的研究现状，分析了上述本构模型对木材非线性受力行为的表征能力及其存在的问题。结果表明：木材非线性受力特征包括顺纹及横纹受拉脆断、顺纹受压应变软化、横纹受压应变强化、顺纹和横纹剪切脆断、顺纹和横纹受压卸载时存在的不可恢复变形和刚度退化行为等；不同本构模型对木材非线性受力特征的表征能力不同，但弹塑性损伤本构模型最能全面反映其非线性受力机制。对于木材本构模型，亟待深入开展的研究工作，主要包括：建立基于木材宏观构造特征与物理性能的全部弹性常数预测模型；建立复杂受力状态下木材损伤机制与强度准则；建立可以考虑塑性与损伤耦合效应、材质劣化效应的弹塑性损伤本构模型，为进一步完善木材本构模型提供参考。     

分级等荷循环受压下橡胶水泥砂浆的疲劳损伤演化

为探究橡胶水泥基材料的疲劳及损伤演化特性,以橡胶水泥砂浆为研究对象,对其分别进行10、20、30 kN荷载等级下的10次(低次/限次)等荷循环加-卸载试验,并对试件产生的加载应变、加载应变差、累积残余应变、累积残余应变差、不闭合度、累积残余应变损伤(塑性损伤),以及加载和卸载变形模量进行分析.结果 表明:试件的加载应变和累积残余应变均随着循环荷载等级的增大而增大;试件的加载应变差和累积残余应变差随着循环次数的增加以互相交错波动的形式逐渐减小至0附近;随着循环次数的增加,试件的不闭合度减小,塑性损伤增大,且两者均随循环荷载等级增大而增大;试件的加载和卸载变形模量随着循环次数的增加以分段线性波动的形式增大,也随着循环荷载等级的增大而增大.同时建立了基于临界塑性损伤假定条件下的塑性损伤模型和刚度变化模型,对试件在高次/不限次等荷循环加-卸载过程中的疲劳塑性损伤和刚度演化特征进行了初步预测和表征.     

新疆杨木抗压基本力学性能试验研究

本文针对新疆杨木顺纹、横纹以及横纹斜向进行抗压基本力学性能试验研究,观察破坏现象,分析新疆杨木试件受压性能、承载力及荷载—位移曲线。结果表明,新疆杨木顺纹受压试件破坏时表现为木材压溃,横纹弦向受压试件破坏后无明显裂缝和褶皱,表现出压缩破坏现象,横纹斜向和横纹径向受压试件破坏时均沿早材薄弱处压溃,并且试件出现分层。顺纹和横纹受压荷载—位移曲线均存在弹性阶段和塑性阶段,但是顺纹受压试件破坏后,曲线出现下降段,荷载下降,而横纹受压荷载—位移曲线在塑性阶段后会进入密实段,荷载继续增加。     

不同复合比下不锈钢复合钢材循环本构模型研究#br#

为研究不同复合比下不锈钢复合钢材在地震循环往复荷载作用下的力学特性,开展23个3+3mm厚316L+Q235B不锈钢复合钢材试件的单调拉、压和15种不同循环加载制度下的试验。根据试验结果,分析该类复合钢材的单调性能、滞回性能以及宏观和微观破坏形态;基于Ramberg-Osgood三参数模型拟合循环骨架曲线,并讨论其与单调荷载下的力学性能区别;基于Chaboche模型标定该不锈钢复合钢材的本构模型参数,并采用数值模型对其他循环加载制度下的力学响应进行模拟;最后与3+5mm厚316L+Q235B不锈钢复合钢材在循环骨架曲线、循环本构关系及滞回曲线方面进行对比,分析复合比的影响。试验结果与分析表明：该种复合比的不锈钢复合钢材在循环荷载下仍表现出明显的循环强化作用和混合强化（等向强化和随动强化）特征;滞回曲线饱满;随着循环周次的增加,卸载刚度和再加载曲线的初始刚度出现明显退化;Ramberg-Osgood模型可以较好地对其循环骨架曲线进行拟合;文章提出的循环本构模型能够准确模拟该复合比不锈钢复合钢材循环往复荷载作用下的力学响应;该复合钢材与3+5mm厚316L+Q235B不锈钢复合钢材在循环荷载下的具体力学指标存在明显区别。研究成果为提出双金属复合钢材的统一循环本构模型提供重要基础。     

反复荷载作用下钢筋的本构关系

本文通过钢筋试件在反复荷载作用下σ-ε关系的试验研究,探讨了不同加载历史对σ-ε关系的影响。试验表明,历经循环加载后的σ-ε曲线与上一荷载循环与之同方向荷载的卸载点应力、应变值及当前加载循环的起始应变值有关,与历经的荷载循环次数基本无关;其σ-ε骨架线不再具有与单调加载的σ-ε曲线同样的屈服台阶长度,较早进入了硬化阶段。本文在试验基础上提出了考虑加载历史影响的数学模型。计算曲线与试验曲线符合良好,从而为钢筋砼结构的非线性计算分析提供了适用的材料本构关系。     

循环荷载作用下结构钢材本构关系试验研究

为准确模拟结构的地震响应,寻找在循环荷载下钢材的本构关系,采用工程常用Q235B及Q345B钢材共50个试件,施加多种加载制度,分析其单调性能、滞回性能、宏观微观破坏形态、延性特征以及损伤退化特性,并采用Ramberg-Osgood模型对循环加载骨架曲线进行拟合,进而得到Q235B及Q345B钢材在循环荷载下的一维应力应变关系骨架曲线;在Chaboche钢材塑性本构模型的基础上,通过试验标定,确定了两种等级钢材本构模型的关键材料参数,并结合通用有限元程序ABAQUS对试验结果进行有效模拟,为今后准确计算结构在地震荷载下的反应提供重要依据.结果表明:钢材在循环荷载下的反应与在单调荷载下的本构关系有很大差别,循环荷载下的骨架曲线对于准确的数值模拟起到重要作用;循环的圈数以及幅值会严重影响构件的断裂延性,钢材在循环荷载下的破坏应变不能按照单调荷载来确定.     

循环受压状态下钢纤维混凝土一维弹塑性损伤本构模型研究

设计制作36个钢纤维混凝土试件,通过单轴循环受压试验,研究钢纤维混凝土循环受压性能,分析钢纤维特征参数对其影响,在此基础上,参考《混凝土结构设计规范》（GB 50010―2010）,建立了钢纤维混凝土循环受压弹塑性损伤本构模型。结果表明：钢纤维混凝土试件在循环荷载下破坏特性呈现明显延性特征;钢纤维的掺入显著提高混凝土峰值强度,改善其延性及滞回能耗;钢纤维混凝土循环受压应力-应变曲线包络线与单调荷载下应力-应变曲线近似一致;相同卸载点应变时,混凝土累计塑性应变随钢纤维掺量增加而逐渐减小。该文提出的本构模型能较好地反映钢纤维混凝土在循环荷载下的应力-应变关系以及损伤演化过程,可为钢纤维混凝土的工程应用和相关规程的修订提供参考。     

考虑局压效应的榫卯节点力学性能研究

木结构榫卯节点在受力过程中处于局部受压状态,通过木材横纹、顺纹方向的中部局压、端部局压、全截面受压性能的试验研究,得到了相应的材性参数;设计了钢榫头-木卯口、木榫头-钢卯口、木榫头-木卯口三组不同形式的分离式直榫节点试件,通过单调加载试验,对局部受压区域的应变分布特征进行了研究;基于试验研究得出的榫卯节点受力机理,建立了考虑局压效应的直榫节点力学模型。研究结果表明：木材横纹局压的抗压强度和弹性模量均高于全截面受压,顺纹局压与全截面受压的材性参数基本一致;榫卯节点受力区域的榫头应变远大于卯口应变,榫卯节点的受力挤压变形主要集中在榫头,而卯口变形可忽略;考虑局压效应的榫卯节点力学模型计算结果比未考虑局压效应所得的结果更符合试验结果。     

循环荷载作用下高强铝合金本构关系试验研究

为研究高强铝合金结构在地震作用下的响应、建立循环荷载作用下高强铝合金的本构关系,对17个7A04高强铝合金试件进行了单调拉伸和多种循环加载制度下的试验。分析了材料的单调性能、滞回性能、宏观破坏形态与电镜下的微观破坏形态。采用Ramberg-Osgood模型拟合了材料的循环骨架曲线,并与单调拉伸曲线做出了对比。试验结果表明：7A04高强铝合金延性较差,破坏突然、断面与拉应力方向成45度|循环荷载下表现出典型的循环硬化现象,在压应变达到1%后,其刚度和强度发生退化|材料在滞回中表现出了混合强化的特征,既包含各项同性强化又包含了随动强化。该高强铝合金在循环荷载作用下的本构关系与单调荷载作用下的本构关系存在较大区别,不能将单调荷载下的本构关系用于循环本构关系中。本文为准确计算高强铝合金结构在地震作用下的响应提供了重要基础与依据。     

反复荷载下FRP约束混凝土滞回本构模型

在收集、整理国内外FRP约束混凝土圆柱体反复受压试验数据的基础上,考察了FRP约束混凝土卸载及再加载应力—应变曲线的滞回特征,建立了卸载及再加载曲线的数学描述;结合J.G.Teng的单调应力—应变本构模型,建立了适用于圆柱的FRP约束混凝土滞回本构模型;对于圆柱体试件,所提滞回模型与试验结果吻合很好。     

木材横纹全表面受压性能试验研究

为了进一步研究木材横纹全表面受压力学性能,选用了5种木材进行横纹径向、弦向及斜向全表面受压测试,采用了自制的力传感器,实现数据自动记录。结果表明:木材横纹全表面径向和斜向受压以压缩破坏为主,弦向受压分层理屈曲破坏和压缩破坏2种形式;木材横纹径向和斜向全表面受压力-位移曲线为三段式,弦向由于木材破坏形式的差异,出现非三段式力-位移曲线;木材横纹全表面抗压强度与密度存在显著的二次多项式回归关系,并拟合得到木材横纹全表面抗压强度与密度关系表达式。     

用于ABAQUS梁单元的混凝土单轴本构模型

为准确模拟钢筋混凝土梁柱构件的滞回性能,对《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010）附录C混凝土本构模型进行了补充修正。采用原点指向模型与拉区应力 应变曲线随受压残余应变点迁移法,补充完善了混凝土受拉加卸载、拉压受力状态转换的滞回规则;采用基于体积配箍率建立的约束指标λ_t分析了钢筋混凝土梁柱构件中箍筋对混凝土的约束作用;对《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010）混凝土本构模型中的附加应变算法进行了修正,使得受压混凝土卸载/再加载变形模量能够反映循环加载下混凝土的受压损伤不可恢复特性。利用ABAQUS用户子程序接口UMAT,VUMAT进行二次开发,编写了适用于显、隐式动力分析的梁单元混凝土本构模型子程序,并对往复荷载下钢筋混凝土柱受力性能进行了模拟分析。结果表明:模型的数值模拟结果与拟静力试验结果吻合良好;构建的混凝土本构模型能够用于混凝土梁柱构件在复杂受力状态下的非线性性能分析。     

循环加卸载下塑性混凝土强度及变形特性

通过塑性混凝土在单调和循环加卸载下的试验,对不同加卸载作用下塑性混凝土的强度和变形性能进行研究。结果表明,经过循环加载后塑性混凝土的强度与单调直接加载相比有所降低,变化幅度均在10%以内;当循环加卸载最大荷载为单轴强度的60%时,塑性混凝土峰值应力大于其余循环水平下的峰值应力。塑性混凝土在循环荷载作用下的加载曲线与卸载曲线不重合,卸载曲线总是滞后于加载曲线,加载曲线和卸载曲线形成了封闭的塑性滞回环。滞回环面积的大小与循环加载最大荷载密切相关,与循环加卸载的次数无关,随着循环加卸载最大荷载的增大,滞回环面积相应增大,但滞回环的斜率保持不变,即变形模量保持不变。循环加卸载影响了塑性混凝土峰值应变,单调直接加载峰值应变大于循环加卸载作用后峰值应变。     

Q690GJ高强度钢材单调和循环加载试验研究

钢材在循环荷载下将出现包辛格效应、循环硬化及循环软化现象,这使得钢材在循环和单调荷载下的本构关系有所区别。通过对国产Q690GJ高强度结构钢材进行单调和循环加载试验研究,并从单调和循环加载性能、循环加载现象等方面分析其力学性能差异。结果表明,Q690GJ钢材在循环荷载下的滞回性能良好,由于循环硬化作用使得钢材强度提高的幅度很小,循环软化较早出现,同时试件在循环荷载下由于塑性损伤累积,与单调加载相比延性变差。基于Ramberg-Osgood模型,可以较好地拟合Q690GJ高强度钢材在循环荷载下的应力-应变骨架曲线。     

Q460D高强度结构钢材循环加载试验研究

高强度结构钢材在实际钢结构工程中已经得到广泛应用,国内外学者已经进行了一些研究,但对于循环荷载下高强度钢材本构关系的研究还很缺乏。通过对17个Q460D高强度结构钢材试件进行14种不同加载制度的单调和循环加载试验,得到不同加载制度下的应力-应变关系,探讨不同加载历史对其本构关系的影响,研究其材料本构模型、力学性能、破坏模式、变形和延性特征以及损伤退化特性。基于Ramberg-Osgood模型,拟合得到Q460D高强度结构钢材在循环荷载下的应力-应变关系骨架曲线;在Chaboche钢材塑性本构模型的基础上,通过试验标定Q460D高强度结构钢材的循环加载本构模型参数,并结合有限元程序ABAQUS对上述试验进行准确模拟。研究结果可为准确分析计算高强度钢材钢结构在地震作用下的受力性能提供基本前提。     

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。     

木销半榫节点转动性能试验研究与有限元分析

为研究木销半榫节点平面内的转动性能和节点区域木材损伤演化,通过木销半榫节点试件的单调加载试验和有限元分析研究了此类节点平面内的转动性能.试验研究表明,加载初期预钻孔附近木材会发生横纹劈裂破坏,随着荷载不断增加,榫头变截面处木材会出现顺纹受拉破坏.节点有限元分析结果表明,采用弹塑性损伤模型建立的有限元模型对于节点刚度和受...     

岩体结构面法向循环加载本构关系研究

对岩体结构面在法向循环加载下的受力变形关系进行了理论研究。试验表明,加卸载应力–变形曲线均可表示为双曲线函数,并且呈现不断硬化的特性,伴随产生法向残余位移。对已有双曲线型式的本构关系加以拓展,引入新的模型参数,假定卸载和重加载曲线均以结构面最大压缩位移为渐近线,曲线在法向力时为0的起始刚度由前一次循环过程的加载和卸载曲线起始刚度决定,从而完全确定循环加载本构方程。新参数体现结构面法向循环加载曲线的收敛速度和所产生的残余位移等受力变形特性,取决于岩石类型、结构面几何特征和填充物特性。通过设定参数的不同取值,这一模型分别等价于已有的不同模型。与无充填岩石裂隙和有厚度岩石夹层在法向循环加载下的试验结果对比表明,模型能较好描述岩体结构面的本构关系。     

拉压区复合加固木梁抗弯性能试验研究

为了有效提升古建木梁的承载能力,提出采用拉区粘贴纤维复合材料、压区内嵌钢筋的复合加固方法。对11根矩形木梁进行三分点加载试验,主要考虑加固方法、受拉区名义配筋率和木材种类等影响因素,观察并记录试件的受力过程及破坏形态,获取试件的荷载 挠度曲线及荷载 应变曲线,进而分析各因素对木梁抗弯性能的影响。研究结果表明：仅拉区加固时,木梁试件的承载力、刚度和延性随着受拉区名义配筋率的增加而提高,但提升幅度不显著;拉压区复合加固木梁的承载力及刚度均高于仅拉区加固木梁,采用拉压区复合加固能显著提高原木梁的承载力及刚度,但其延性略有降低;在相同加固方法下,加固松木木梁的承载力及刚度提高幅度要优于杉木木梁。加载过程中,木梁跨中截面应变沿高度方向基本符合平截面假定,木材与加固材料的应变基本一致,表明拉压区复合加固方法可以保证木材与加固材料间的协调工作。基于试验结果,提出拉压区复合加固木梁的承载力计算模型,其理论计算值与试验结果吻合良好。     

简支预应力矮肋T梁抗弯承载力试验分析

为研究预应力混凝土矮肋T梁桥在受弯荷载下的受力响应,以20 m应力混凝土矮肋T梁进行缩尺,并进行了缩尺模型梁的受弯试验,分析了在受弯荷载作用下梁体的挠度、跨中截面底缘混凝土拉应变、跨中截面受拉钢筋应变,分析结果表明试验梁处于弹性工作阶段,在加载卸载循环内无残余变形,试验梁受弯响应良好。