纤维混凝土受压细观统计损伤本构模型研究

分别对31个普通混凝土试块、38个钢纤维混凝土试块及11个聚丙烯纤维混凝土进行了单轴受压本构试验研究,采用卡方检验方法对试验结果进行统计分析及假设检验,确定了以峰值应变为损伤变量的概型分布.基于唯象细观统计损伤力学及热力学的相关理论,在传统模型基础上引入了损伤阈值概念,并研究了不同混凝土损伤阈值取值问题.同时,探讨了塑性应变对本构模型的影响,建立了考虑塑性应变及损伤阈值的纤维混凝土单轴受压细观统计损伤本构模型.研究结果表明:损伤变量较好的服从Weibull分布函数;普通混凝土损伤阈值γ为0.6倍峰值应变,掺入纤维后,损伤阈值γ提高为0.8倍峰值应变;所建立的本构模型能够有效地描述纤维混凝土的受压本构关系.     

三轴受压状态混凝土当量损伤本构模型

本文根据Ｈ－Ｔ－Ｃｈｅｎ的多轴受压状态下的破坏准则,引用了混凝土损伤力学的概念,提出了在多轴受压状态下的当量损伤模型。可以模拟混凝土在多轴受压状态下的应力应变关系,得到等效单轴受压的应力应变全过程曲线,并且可求得在不同侧压力情况下混凝土的极限抗压强度。本模型不仅可模拟混凝土多轴受力的应力应变过程,并为拱坝非线性全过程分析了依据。     

冻融损伤混凝土重复受压本构关系

为研究冻融损伤对混凝土重复受压力学性能的影响,完成了两种强度等级混凝土试块的快速冻融及重复受压试验.结果表明,冻融损伤混凝土重复受压力学性能显著降低,动力本构特征曲线也发生改变,包络线及再加载曲线在峰值应力之前因存在明显压实效应而表现出下凹形态,卸载曲线应变滞后现象严重且曲线逐渐趋于重合.在试验研究基础上,探讨了冻融循环次数、混凝土强度等级与冻融后混凝土力学性能参数及本构模型参数之间的关系,建立了冻融损伤混凝土动力本构模型.     

钛合金室温受压蠕变损伤本构模型

为了解决工程上在评估深潜器耐压壳体安全可靠性时不考虑拉压蠕变破坏机理产生的差异,会导致较大计算误差问题,本文提出了适用于室温蠕变的蠕变损伤本构模型。通过分析钛合金材料蠕变特性,考虑了室温环境下位错堆积造成的蠕变阻力,并且位错堆积的现象与时间有关。基于微分自洽法提出了适用于室温环境下的钛合金蠕变本构模型,得到受压情况下TC4ELI的相关材料参数,并将该模型用USDFLD和CREEP子程序进行定义。研究表明：对于受压结构而言,使用通过拉伸蠕变实验得到的本构模型的计算结果会过于保守,对于含V型缺口平板受压时等效蠕变应变的相对误差为168.20%。本文所提出的模型适用于环肋耐压壳结构的蠕变损伤分析。     

基于细观损伤的岩石受压本构关系模型研究

结合岩石破坏特征,将岩石变形分解为弹性变形和由于微裂缝滑移的塑性变形两部分,由此提出一种细观损伤单元,发展了一类细观损伤物理模型,并从细观层次上解释岩石受压应力-应变关系中的非线性和应变软化现象;基于平衡和变协调条件,建立弹塑性受压本构关系模型,并建议了塑性变形的简化计算方法,利用统计损伤理论和优化算法,确定损伤演化方程,并探讨模型参数与围压的经验关系,进而建立起基于特定围压下的岩石损伤本构关系预测方法.该方法与已有试验结果相比较,结果吻合较好.     

混凝土单轴受压本构模型及其应用

通过一个细观模型,从损伤的角度解释混凝土在压应力作用下应力-应变关系的非线性和应变软化,根据等效应变假设和损伤力学基本原理,建立了单轴受压混凝土的弹塑性损伤本构模型,可导出已有单轴受压本构关系,并能反映混凝土的刚度退化和卸载后的残余变形;提出一类损伤函数和塑性变形经验表达式,利用应力-应变曲线特征条件和优化算法确定模型参数;与已有受压试验结果相比较,结果吻合良好.     

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...     

混凝土损伤本构模型研究评述

现有混凝土本构关系主要是基于成熟的经典弹塑性模型所建立的,弹塑性模型在数学上较严格,但是与混凝土材料破坏机理不协调,各国学者针对混凝土这类特殊多相复合材料提出了很多基于不可逆热力学理论的损伤本构模型。系统综述了混凝土损伤本构研究的成果,在分析了各个有代表意义的混凝土损伤本构模型基础之上,对比研究了各个模型的特点及各自适用范围,通过总结前人成果,为损伤本构模型研究提供了思路。     

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.     

高延性混凝土单轴受压本构模型研究

通过9组不同配合比高延性混凝土(high ductile concrete,HDC)试件的单轴受压试验,研究了纤维的横向约束作用对HDC试件单轴受压破坏形态的影响,分析了纤维掺量、粉煤灰掺量、水胶比和砂胶比对HDC单轴受压应力-应变曲线特征点的影响.根据HDC单轴受压应力-应变曲线的形状和特点,采用三种模型,建立了HDC的单轴受压本构模型方程;依据最小二乘法,对HDC单轴受压本构模型进行参数分析发现,采用模型2和模型3得到的拟合曲线与试验曲线吻合较好,其中模型2最接近于试验曲线.     

早龄期水泥基灌浆料受压统计损伤本构模型

为研究早龄期水泥基灌浆料受压本构行为,对不同龄期(1 d≤t≤28 d)的水泥基灌浆料和同强度的普通混凝土开展单轴受压全过程试验,分析龄期对水泥基灌浆料、同强度混凝土单轴受压应力-应变曲线特征参数的影响,并将水泥基灌浆料的单轴受压应力-应变曲线特征参数与同强度混凝土进行对比。结果表明：随着龄期的增长,试件峰值应力、峰值应变、极限应变、弹性模量、峰值割线模量、应变延性系数和能量耗散系数均有不同程度的增大;水泥基灌浆料试件峰值应力、峰值应变、极限应变、应变延性系数和能量耗散系数均大于同强度混凝土,但试件弹性模量、峰值割线模量均小于同强度混凝土。结合水泥基灌浆料自身特征,基于现有模型建立了修正的分段式水泥基灌浆料受压本构模型,并基于统计损伤理论推导给出了水泥基灌浆料受压统计损伤本构模型。建议的受压本构模型计算结果与试验结果吻合较好,可以较为准确地描述早龄期水泥基灌浆料在单轴受压作用下的受力变形特点。     

高强度混凝土的细观损伤本构模型研究

基于轴向拉伸与压缩试验观测资料，论述了高强度混凝土的细观损伤机理和以应力与应变全曲线及其特征点相对应参数建立的损伤本构模型，提出了拉、压二向应力状态时的本构模型和正交异性损伤本构模型，同时还引入其他学者提出的混凝土三向应力状态各向同性损伤时的本构模型，并提出了高强度混凝土的损伤断裂判据     

高强度混凝土的细观损伤本构模型研究

基于轴闰伸与压缩试验观测资料，论述了高强度混凝土的细观损伤机理和以应力与应变全曲线及其特征点相对应参数建立的操作本构模型，提出了拉、压二向应力状态时的本构模型和正交异性损伤本构模型，同时还引入其他学者提出的混凝土三向应力状态各向同性损伤时的本构模型，并提出了高强度混凝土的损伤断裂判据。     

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．     

基于统计理论的岩石动态损伤本构模型研究

抓住岩石微元强度具有统计规律的特点，将岩石微元体抽象为弹性损伤体与各向同性粘性体的并联体，根据岩石在动态荷载作用下的受力特点，建立了岩石动态统计损伤本构模型。与以往动态本构模型相比，该模型参数少，便于工程应用，并能考虑动载方向以及围压对岩石变形特性的影响，同时，对岩石破坏过程的峰后曲线亦有较好的描述。结合室内三轴试验对模型的可行性进行了验证，结果表明，计算值与试验数据吻合较好，能满足工程应用的需要。     

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.     

基于能量释放理论的丹东滨海湿地黏性冻土本构模型

丹东滨海湿地黏性冻土结构复杂,受温度、应力等因素影响,该地带工程竣工后易产生路面不均匀沉降等问题。为此,建立基于能量释放理论的三轴本构模型。为了描述不同温度、围压交互耦合作用下黏性冻土的应力-应变变化规律,采用MTS815试验系统对黏性冻土开展力学特性试验,分析温度、围压对能量演化规律的影响,并结合能量释放理论对传统本构模型进行修正。结果表明：基于能量释放率应力-应变关系的本构计算值与试验值有着良好的吻合度,二者相关系数均在0.95以上,拟合数据和试验数据趋于一致。     

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。     

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.     

混凝土弹塑性损伤本构模型参数及其工程应用

为提高弹塑性损伤本构模型的工程实用性,研究各参数取值对模型损伤发展、塑性发展及材料应力应变关系的影响.拟合参数取值与混凝土材料常用指标弹性模量、单轴抗压强度及单轴抗拉强度联系之间的函数关系,提出实用的参数取值确定方法.对规范规定的各强度混凝土材料进行数值模拟,结果表明:模型及参数确定方法能够较准确地模拟混凝土材料的各种非线性本构行为.采用用户材料子程序UMAT进行本构模型在ABAQUS中的二次开发,对上海某酒店项目进行数值模拟:在结构设计软件PKPM中完成建模,将模型转换为ABAQUS模型进行计算,并将计算结果与振动台试验结果进行比较.结果表明:各振形计算自振频率相差在5%以内,顶层位移时程除个别极值外总体匹配较好,楼层位移差在10%以内,最大层间位移除个别楼层相差达到30%以外,一般楼层相差10%左右,验证了所提出的参数确定方法及本构模型是合理有效的;通过分析结构各关键时刻损伤分布云图,表明弹塑性损伤本构模型能够实时反映结构的破坏过程,便于分析者直观地把握结构破坏形态.