普通混凝土HJC本构模型参数确定

Holmquist-Johnson-Cook(HJC)本构模型广泛应用于冲击爆炸作用下混凝土类材料的动态响应分析中。基于已有普通混凝土(单轴抗压强度≤60 MPa)的准静态单轴压缩实验、三轴围压实验、一维SHPB实验和一维平面应变Hugoniot冲击压缩实验数据,确定了一组适用于不同强度普通混凝土材料HJC本构模型的强度参数、率效应参数和状态方程参数取值。基于上述确定参数值通过LS-DYNA有限元分析软件,对十五组普通混凝土(单轴抗压强度13.5~58.4MPa)靶体的刚性弹体侵彻贯穿实验进行了数值模拟。通过与实验中弹体侵彻深度,贯穿残余速度以及弹体过载和靶内径向应力时程结果对比,验证了所确定模型参数的准确性。     

侵彻效应混凝土靶HJC本构模型研究

为获取一组适用于130 mm穿甲弹侵彻混凝土靶的参数,并应用于大质量卵形弹头侵彻厚混凝土靶,通过对HJC模型参数分类和利用有限元软件ANSYS和LS-DYNA对穿甲弹侵彻进行数值模拟,研究影响加速度峰值大小的参数,取模型各个参数的10％对加速度峰值大小的影响进行比较,并对其排序,发现压碎压力影响最大达16.5％.通过弹...     

基于HJC损伤本构模型的灰岩隧道光面爆破数值模拟及工程验证

为解决六枝至安龙高速公路隧道爆破施工中光面爆破效果不良的问题,利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件开展了径向不耦合装药系数及周边眼间距的多工况计算;进而基于不同爆破参数条件下的围岩损伤特征分析,优化得到了合适的爆破参数:径向不耦合系数1.25,炮孔间距为55 cm。进一步开展了隧道周边眼整体模型的数值计算,获取了优化参数条件下的隧道爆破成型预测效果。将优化的爆破参数应用于现场爆破后发现,隧道轮廓线平整,形成的隧道开挖轮廓线与设计轮廓线基本吻合,应用效果良好。     

碾压混凝土内时损伤本构模型

本文应用内时理论和损伤力学建立了碾压混凝土压剪及压压剪状态下的内时损伤本构模型。其特点是：混凝土的弹塑性特性由内时理论描述，而破坏由损伤力学来描述。前者使本构模型摆脱了一般弹塑性中屈服面的概念，从而简化了非线性计算过程；后者使微裂纹引起的软化、体积膨胀等都可由损伤变量来考虑；从而既反映了混凝土的本质特性，又使模型的参数和基本方程大大减少。应用本文建议的模型分析碾压混凝土压剪及压压剪状态剪应力－应变关系，所得计算结果与试验数据相符合，可作为碾压混凝土重力及拱坝设计的依据。     

基于黏塑性理论的碾压混凝土动态剪切本构模型

由于碾压混凝土大坝是逐层碾压而成,坝体层面处的静动抗剪强度均低于其本体强度,在地震、振动或冲击作用下,坝体层面(包括坝基界面)有可能发生沿层面的动态滑移失稳破坏。基于Perzyna黏塑性连续理论,提出了一个用于描述碾压混凝土层面动态剪切断裂行为的本构模型。该模型的特点有：混凝土材料的软化塑性和扩容特性直接与界面处断裂失效过程相联系;使用Carol率相关界面方程作为屈服判据来描述碾压混凝土材料的率相关性;使用经典塑性断裂理论来描述剪切面上的断裂失效和摩擦滑动过程,并且只需要较少的模型参数。利用该模型与含层面碾压混凝土的动态强度试验结果进行了对比分析,包括在不同的应力路径如单轴拉、压和压剪状态下和不同加载速率下的试验结果。结果表明模型与试验得出的结论吻合较好,这种弹-黏塑性动态剪切本构模型对预测包含薄弱层面的碾压混凝土动力破坏性能是有效的,这为相关工程问题的研究提供有益的思路和有效的工具。     

碾压混凝土坝的等效连续本构模型

本文根据变形等效的基本原理，导出了一个等效连续的本构模型，并给出了碾压混凝土层间真实应力的估算式，为复杂成层结构的应力分析提供了一条系统的简化计算技术路径．     

光滑帽子动态本构模型验证及应用研究

通过弹丸侵彻模型试验及数值方法论证光滑帽子模型可较好模拟一定范围内冲击荷载作用下土体动态力学响应。在此基础上分析不同本构模型、数值算法对计算结果影响。分析表明,光滑帽子模型能克服在较的静水压力及低速下数值计算不稳定,与土壤、泡沫模型及Drucker-Prager模型相比,基本上能反映土体力学性能,计算结果更合理;用MM-ALE算法模拟弹丸侵彻试验能克服网格畸变所致数值计算困难,计算精度能得到保证,计算结果与事实相符。该结果对研究武器触地侵彻过程中弹头强度、刚度、炸药安定性及战斗部入地后的爆炸破坏效应具有重要意义。     

形状记忆合金热力学经验本构模型的数值分析及修正

形状记忆合金本构模型的不断发展可以更精确地描述其特殊的热力学特性,具有重要的理论意义,但引入的参数越多,形式越复杂,不便于实际工程应用.经验本构模型是在金属材料线弹性本构模型基础上建立的,具有形式简洁、便于理解的优点,然而,如何利用经验本构模型进行数值分析,模型中的性能参数如何获得是应用中亟需解决的问题.为此,本研究给出了与应用条件一致的形状记忆合金性能参数测试方法及对数据的分析技巧,进而获得描述形状记忆合金特性的性能参数.以此为基础,利用经验本构模型对形状记忆合金在恒定载荷下的应变-温度关系、恒定温度下的应力-应变关系进行了分析,并与试验结果进行对比,对模型中存在的误差进行了修正,研究结果为形状记忆合金驱动器的设计提供了理论和试验依据.     

节理岩体本构模型数值模拟及其验证

为了深入研究节理裂隙岩体的破坏机理,基于Mohr-Coulomb准则,利用(PFC)离散元程序,引入颗粒接触连接本构关系,建立了含孔洞岩样Burgers蠕变模型,以数值模拟的应力-应变曲线与试验曲线吻合作为PFC细观力学参数选取的准则,并利用获得的力学参数对含孔洞节理岩体破坏过程进行数值再现,模拟了不同颗粒单元参数试样...     

基于应变空间的碾压混凝土各向异性损伤本构模型

根据碾压混凝土材料的力学特性和损伤拉压显著不同的特点,分别在拉应变和压应变空间建立了碾压混凝土的本构关系和损伤演化方程.在拉应变空间,碾压混凝土的变形特性表现为脆弹性,考虑弹性与损伤耦合,应用正交各向异性损伤理论描述碾压混凝土的刚度退化和应变软化;在压应变空间,考虑弹塑性与损伤耦合,应用内时理论来描述碾压混凝土的弹塑性特性,正交各向异性损伤理论来描述微裂缝扩展引起的刚度退化和应变软化,内时理论没有屈服面,使模型的参数和方程大大减少,从而简化了非线性计算过程.计算结果表明,该模型能够较好地描述碾压混凝土在单轴和多轴加载下的性质.     

混凝土正交各向异性动态损伤本构模型研究

为建立混凝土的正交各向异性动态损伤本构,首先采用动力放大系数的形式考虑材料的应变率效应,然后基于Sidoroff能量等价原理,建立动态条件下单元体的损伤刚度矩阵。同时在损伤演化模型中,采用Mazars损伤模型描述主轴方向的损伤变量。另外采用适用于正交各向异性的Hoffman屈服破坏准则,并考虑损伤及动力放大系数对强度的修正。以建筑结构受爆破震动荷载作用的实验资料,对本模型进行了验证     

一种修正的混凝土弹性损伤本构模型及其应用

混凝土弹性损伤本构模型的模型参数少、标定简单、计算效率较高,适于工程应用。Faria和Oliver等人所提出的混凝土损伤模型,体现了混凝土弹性损伤本构模型的上述优点,但原模型对反复荷载作用下混凝土刚度恢复效应描述欠佳。针对此不足,该文做了修正。并以ABAQUS为平台编制了材料模型子程序UMAT。应用修正的模型对几个典型...     

高温下地聚合物混凝土损伤演化及动态本构模型研究

采用高温SHPB试验系统对高温下地质聚合物混凝土(Geopolymeric Concrete, GC)损伤演化规律及本构模型进行试验研究。结果表明,高温下GC主要力学性能指标呈显著的应变率强化效应及温度弱化效应;利用波阻抗衡量GC的高温损伤可行、有效,所得损伤演化规律能较好表征GC损伤实际情况;以静力本构模型为基础,通过引入应变率强化因子及温度弱化因子构建GC动态损伤本构模型,通过试验结果标定参数,可获得较准确的地质聚合物混凝土动态损伤本构模型。     

玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土的动态本构模型

以矿渣与粉煤灰为原材料制备玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土(BFRGC),采用φ100mm分离式霍普金森压杆(SHPB)装置对BFRGC进行了冲击压缩试验,并对SHPB试验过程中的波形整形技术展开了研究,以此来提高材料SHPB试验的精度。通过SHPB试验,获得了BFRGC在10s-1―102s-1应变率范围内的应力-应变曲线,分析了BFRGC的强度和变形性能,并建立了BFRGC的率型非线性粘弹性本构模型。通过试验对模型进行验证,模型曲线与试验曲线吻合良好,该文建立的率型本构模型可以较为准确地描述BFRGC的动态力学行为。     

冲击荷载作用下混凝土动态本构模型的研究

基于混凝土冲击荷载作用下的实验研究,以修正Ottosen四参数破坏准则为屈服法则,引入损伤,构造了一个动态本构模型用于描述混凝土材料的冲击特性。宏观上,假设混凝土材料是一个均匀连续体;而从细观角度来看,混凝土材料内部存在大量随机分布的微裂纹损伤。假设微裂纹均匀分布,且符合理想微裂纹体系统条件,定义含裂纹材料中单位体积内微裂纹所占的比例来表征微裂纹损伤所引起的混凝土材料宏观力学性能的劣化,并给出了损伤的演化方程。通过模型计算模拟结果与实验结果比较发现,模拟曲线与实验曲线拟合良好,因而可以用该模型模拟混凝土材料在冲击荷载下的动态特性。     

混凝土确定性及随机性损伤本构模型研究进展

混凝土损伤本构模型的建立对表征混凝土力学行为与认识其本质至关重要。从确定性与随机性两个层面梳理了国内外混凝土损伤本构模型的研究历史和最新进展情况,针对不同模型的损伤定义方式、损伤演化规律、损伤物理机制等进行探讨,通过对比分析总结了混凝土材料的非线性、随机性和动力荷载下的率敏感性等特征,提出发展混凝土损伤本构模型的关键问题,为建立更完善的混凝土损伤本构模型提供参考。     

循环荷载作用下的混凝土弹塑性损伤本构模型及数值实现

该文建立了一种描述混凝土在循环荷载作用下复杂力学行为的弹塑性损伤模型。该模型借助四参数等效应变将复杂的多轴问题转换至单轴等效应变空间中求解,考虑了混凝土卸载过程中的刚度退化现象及不可逆变形。同时针对等效应变的非负特性,提出了拉压转换处理方法,从而在求解损伤变量时无需区分拉损伤和压损伤。该文提出的弹塑性损伤模型数学形式简洁,且实现过程不依赖于四参数模型,实现方法普遍适用于各类混凝土等效应变模型,通过模拟单轴循环荷载试验和Koyna大坝动态损伤过程,验证了该文模型的正确性与可靠性。     

混凝土本构关系边界面模型

本文在对现有边界面模型计算结果分析的基础上,通过大量计算,对模型中的某些参数进行了修改。修改后的边界面模型可以模拟普通混凝土和高强混凝土在单调及复杂荷载作用下的力学性能,可用于钢筋混凝土和钢管混凝土的有限元分析。     

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。     

钢筋混凝土微平面动态本构模型

在B．P．Bazant等人提出的混凝土微平面模型基础上通过引入钢筋的影响提出了一个钢筋混凝土动态本构模型。本构模型的建立通过平行耦合假定考虑钢筋和混凝土的相互作用。混凝土模型采用能反映各种复杂受力行为并被充分验证的M5微平面模型，钢筋采用Cowper—Symonds型率相关的双线性模型。最后参照M4微平面模型对应变率效应的处理方法，将提出的钢筋混凝土模型推广到动态模型范畴。此模型可适合钢筋混凝土的静力、动力显式分析。