沥青混合料非线性黏弹塑性蠕变模型

本研究采用非线性黏弹塑性蠕变模型,更好地来模拟沥青混合料蠕变全过程。该模型由Burgers模型和非线性黏塑性元件串联而成。通过对沥青混合料的单轴压缩蠕变实验,得到不同应力作用下应变随时间的变化规律以及不同温度条件下沥青混合料蠕变柔量随时间的变化规律。利用origin软件对实验数据进行拟合,得到非线性黏弹塑性蠕变模型的六个力学参数。模型模拟结果与实验结果一致,表明本文所建立的非线性黏弹塑性蠕变模型的正确与合理性。此模型可较好地描述沥青混合料加速蠕变阶段,弥补了Burgers模型的不足。     

黏土蠕变非线性特性及其分数阶导数蠕变模型

针对黏土蠕变的非线性性质,以成都黏土为研究对象展开蠕变试验,发现黏土变形包括瞬时弹性变形、衰减蠕变变形、稳态蠕变变形和加速蠕变变形;黏土长期弹性模量随时间和应力的增加非线性软化;黏滞系数随应力的增加非线性软化,随时间的增加非线性硬化。基于流变学理论、分数阶微积分理论和Harris衰减函数,分别构建了分数阶导数元件、非线性弹性元件和非线性黏滞元件,从而建立了形式简单、参数较少和概念清晰的非线性分数阶导数蠕变模型。将非线性分数阶导数蠕变模型和Burgers蠕变模型进行对比拟合分析,发现非线性分数阶导数蠕变模型各阶段的拟合结果更好,对黏土非线性蠕变的描述更合理,可准确地反映黏土蠕变全过程,表明了所建立非线性分数阶导数蠕变模型的科学合理性。     

1Cr18Ni9Ti 不锈钢管滞后回弹的黏弹塑性建模和有限元模拟

目的研究1Cr18Ni9Ti不锈钢管在单轴拉伸和回转牵引弯曲卸载后的滞后回弹现象,利用有限元软件进行滞后回弹结果的预测。方法通过系列单轴拉伸和应力松弛试验得到1Cr18Ni9Ti不锈钢管黏弹塑性材料参数,采用双耗散黏弹塑性材料模型在有限元ABAQUS软件进行拉伸和回转弯曲卸载后滞后回弹的模拟预测,并与试验结果对比。结果利用该黏弹塑性材料模型预测得到的滞后回弹变化趋势与试验值吻合较好,数值上接近试验值。结论基于双耗散黏弹塑性材料模型进行滞后回弹的建模,在瞬时回弹后,弹塑性组合单元和黏弹性组合单元中存在相反的残余应力,从而驱动材料持续发生黏弹性变形,可能是产生滞后回弹的原因。有限元分析中考虑了加载过程中的黏性响应,其预测结果更加接近实际。     

橡胶材料的非线性黏弹性本构方程

橡胶是一种非线性黏弹性材料,准确描述其非线性黏弹性力学响应的本构方程是橡胶材料及制品设计优化的关键。文中基于超弹性模型和并行流变模型(PRF)描述了橡胶材料的非线性黏弹性响应特征,重点探讨了由实验数据确定PRF本构方程材料参数的方法。首先通过单轴拉伸实验数据拟合得到超弹性模型,将应力松弛实验数据拟合得到表征材料线性黏弹性的模型-Prony级数,再将Prony级数转化为初始的PRF模型,进而不断优化得到PRF模型的准确材料参数,最后进行实验验证。结果表明,PRF模型计算的不同应变下的应力松弛数据与实验数据之间的误差仅为0.067%,PRF能准确地描述橡胶材料非线性响应的应力松弛行为。     

热态沥青混合料路面振动压实过程ANSYS模拟研究

为研究热态沥青混合料压实过程的力学行为和变形特征,通过分析沥青混合料的振动压实机理,建立三自由度压路机非线性力学模型和运动方程,用ANSYS软件建立路面振动压实过程的力学模型。考虑混合料的变形是与率相关的应力-应变的非线性蠕变行为,运用Origin软件非线性回归来分析MTS压实试验的复杂蠕变参数,得到0.6MPa不同荷载循环下的蠕变参数值;混合料塑性流动非常显著,成为不可逆的流动变形,c1越大,蠕变越明显,塑性变形就大,c3越小,蠕变越小,塑性流动变小。结果表明:热态沥青混合料在振动冲击的作用下,塑性变形增加得很快,卸载后的永久变形使得混合料压实,形成"骨架-密实"结构;一定荷载作用次数后,混合料处于无法压实的状态。可见,混合料必须在一定的温度范围和压实功的作用下才能获得有效压实。     

超弹塑性泡沫连续冲击动力学行为分析的新方法

提出了一个用于表征泡沫非线性卸载与残余变形力学行为的简单方法。结合超弹本构模型与弹塑性本构模型,把塑料泡沫看成由相同横截面积但不同厚度的超弹层与弹塑性层两层叠置而成。两层结构有相同的加载力学行为,表现为线弹性、屈服平台与压实3个阶段,但两层呈现不同的卸载性能。超弹层按照MULLINS效应规律进行卸载,弹塑性层按照线弹性力学行为进行卸载。然后基于EPS(expanded polystyrene foam)的单轴压缩试验结果,获得了超弹层与弹塑性层本构模型中9个参数的结果,这些参数能够同时表征非线性卸载与残余变形力学行为。最后利用两层的本构模型预测了EPS连续多次(3次)冲击动力学响应,试验结果与理论计算结果良好的吻合性证实了所提出的方法的有效性。     

基于分数阶导数的金属橡胶动态特性建模

金属橡胶材料具有非线性和黏弹性的动态特性.本研究用三次非线性函数描述其非线性特性,用分数阶三元模型描述其黏弹性,即分别用经典三元模型与分数阶三元模型,结合金属橡胶动态试验数据进行模型参数识别,发现分数阶三元模型能更准确地描述金属橡胶黏弹性力.不同振幅下金属橡胶迟滞曲线的拟合结果表明,分数阶模型可以较好地拟合不同工况条件...     

基于隶属度函数模糊弹塑性本构模型的研究

为了解决循环加卸载问题,将隶属度函数和模糊截集引入到塑性屈服函数中,并采用米塞斯屈服准则,将屈服函数模糊化,推导得到了模糊弹塑性本构模型。随着隶属度值的变化,该模型的弹塑性界面能连续过渡,且表达式简单,加卸载路径明了;利用该模型对钢桥面板在循环荷载作用下进行了分析,并通过有限单元法得到了数值解。通过分析发现,模糊弹塑性模型通过隶属度的演化能代替硬化规律,能很好地反映循环加卸载过程,是解决循环加卸载作用下弹塑性连续过渡的一种有效途径。     

基于多应力蠕变恢复实验的高黏改性沥青高温流变特性与分级

为研究高黏改性沥青在动载和非线性区间下的流变特性,采用动态剪切流变仪分别对国内外2种高黏改性剂(国产S型和意大利I型)掺量分别为0％、6％、8％、10％和12％的高黏改性沥青进行动态力学试验和多应力蠕变恢复试验,评价了2种高黏改性沥青基于时温等效原理得出的在宽域条件下动态力学性质和非线性区间下抵抗不可恢复变形能力.试验...     

黏弹-塑性岩体中锚注与衬砌联合支护的解析解EI北大核心CSCD

针对黏弹-塑性岩体中深埋圆形隧洞锚注、衬砌联合支护问题,导出开挖、锚注加固和衬砌支护阶段位移、应力的解析解。在开挖段,用随时间变化的半径函数模拟扩孔式断面开挖过程,并同时考虑纵向开挖的空间效应,给出黏弹区和塑性区应力、位移及塑性区半径随时间变化的解答。某时刻施加锚注支护后,将锚注岩体等效为弹塑性材料,用圆柱型正交各向异性体现锚杆对径向刚度加强,用强度指标的增强体现锚注的加固作用,分别对锚注区完全弹性和部分达到塑性的情况导出了锚注和衬砌支护阶段应力、位移的解答,并给出判断再次出现塑性的条件和塑性区半径的表达式。根据解答,分析了不同位置应力和位移随时间变化情况;不同加固程度、锚注时刻对洞口应力、位移的影响。该文的解答可用于相似条件下隧洞初步设计。     

黏弹-塑性岩体中锚注与衬砌联合支护的解析解

针对黏弹-塑性岩体中深埋圆形隧洞锚注、衬砌联合支护问题,导出开挖、锚注加固和衬砌支护阶段位移、应力的解析解。在开挖段,用随时间变化的半径函数模拟扩孔式断面开挖过程,并同时考虑纵向开挖的空间效应,给出黏弹区和塑性区应力、位移及塑性区半径随时间变化的解答。某时刻施加锚注支护后,将锚注岩体等效为弹塑性材料,用圆柱型正交各向异性体现锚杆对径向刚度加强,用强度指标的增强体现锚注的加固作用,分别对锚注区完全弹性和部分达到塑性的情况导出了锚注和衬砌支护阶段应力、位移的解答,并给出判断再次出现塑性的条件和塑性区半径的表达式。根据解答,分析了不同位置应力和位移随时间变化情况;不同加固程度、锚注时刻对洞口应力、位移的影响。该文的解答可用于相似条件下隧洞初步设计。     

中等时间尺度下弹道明胶的线性黏弹性模型EI北大核心CSCD

在不同时间尺度下,明胶表现出不同的黏弹性行为。应用蠕变和应力松弛模式研究质量分数为10%的弹道明胶在中等时间尺度下的线性黏弹性行为。低剪切速率下的连续加载-卸载实验显示,在常规感知的时间尺度下(～1min)弹道明胶接近完全弹性体,其线性区应变范围为0～0.25。对蠕变实验对应的中等时间尺度(>1h),选择样品老化24h作为实验起点,这时明胶结构缓慢老化带来的影响可以忽略,从而能够构建恒定参数的本构方程来描述弹道明胶的线性黏弹性行为。对1组蠕变实验结果进行分析,可确定Burgers模型的4个粘弹性参数,然后使用该组参数的模型预测另外2组蠕变实验以及应力松弛实验。结果表明Burgers模型能较好地表征弹道明胶在中等时间尺度下的线性黏弹性行为。     

多层苹果刚性跌落冲击模型与冲击响应研究

基于损伤条件下果实刚性跌落冲击变形特征,提出一表征其非线性黏弹性的动态流变模型,建立多层果实跌落冲击模型.以"富士"苹果为研究对象,实施多个高度下的跌落冲击试验,进行动态流变模型的参数识别、4层苹果跌落冲击响应的理论分析与试验结果比较.结果表明,试验结果与理论模型结果吻合性好,所提出苹果流变模型、多层果实跌落冲击模型能合理地表征苹果的非线性黏弹性流变特征、跌落中击动力学特征.研究结果为果实的合理运输包装设计提供了理论基础.     

循环荷载作用下粉砂岩疲劳流变损伤模型研究

针对现有流变模型难以有效描述循环荷载作用下岩石变形及疲劳损伤演化特征等问题,开展了粉砂岩循环加卸载试验,分析了不同上限荷载下岩石的流变规律与疲劳特性。基于Kachanov蠕变损伤理论建立损伤变量,引入一个带应变触发和应力阈值的黏塑性元件,与Burgers模型串联构建循环荷载作用下岩石疲劳流变损伤模型;将正弦波应力函数替换流变微分本构方程中的恒定应力,推导岩石在循环荷载下的一维、三维微分型损伤本构方程,再根据叠加原理得到模型的黏弹塑性流变损伤方程。适用性验证表明,新建模型不仅可以精确地反映循环加卸载过程中粉砂岩的衰减、稳态流变阶段,还可以有效地描述上限荷载高于疲劳强度时的加速流变阶段。通过粉砂岩疲劳损伤流变全过程定量化分析,提出加速流变阶段的临界损伤阈值和破坏失稳判据,并给出加速流变阶段的启始时间、持续时间及疲劳寿命预测方法,模型对岩体工程长期稳定性评价具有一定的理论指导意义。     

一种预测复合材料棘轮行为的循环塑性-损伤模型

构建循环塑性本构模型并揭示其微观机制,目前仍然是复合材料力学研究富有挑战性的课题。本文提出了一种循环塑性-损伤模型,用以预测在循环载荷作用下纤维增强复合材料的应力-应变响应。该模型是在作者前期提出的描述非线性滞后行为的弹塑性本构模型的基础上的进一步扩展。它可以预测加载时的非线性响应、卸载和重加载时的迟滞行为及大量循环下的棘轮现象。作为基准问题验证,将Kawai等的实验数据与本文模型的数值预测进行了比较。结果表明,该模型能够模拟碳纤维/环氧树脂单向复合材料在偏轴循环加载下的棘轮行为。      

粘弹塑性杆系结构的非线性分析

本文对粘弹塑性静不定结构进行非线性有限元分析。材料非线性粘弹塑性行为通过幂律函数和指数函数综合表征;计算分析了等加载率受载情况下简单杆系结构的应力、应变和应变率的变化及影响因素;研究了恒载荷作用时杆系的蠕变规律。     

弹塑性索和黏滞阻尼器系统用于斜拉桥横向减震分析

旨在研究弹塑性索对与黏滞阻尼器组合减震系统用于大跨度斜拉桥横向抗震设计作用。依据Caltrans规范构建了弹塑性索对的非线性本构关系,基于永宁黄河大桥弹性索对与黏滞阻尼器组合减震系统设计,通过调增地震波幅值,使弹性索进入塑性状态并分析结构响应。研究结果表明:容许拉索进入塑性可以显著增加其变形能力,进而提高整个结构应对强震作用的能力;与塔梁固定的常规体系相比,引入弹塑性索与黏滞阻尼器组合体系可以大幅降低主塔塔底弯矩及主梁加速度响应;与理想弹性索对工况相比,采用弹塑性索对虽然会导致较大的主梁残余位移,但对于控制最大索力和改善主梁加速度响应效果明显,同时塔梁、墩梁最大相对位移和塔底弯矩基本不变。     

悬臂黏弹性体夹层梁的非线性随机振动抑制性能分析

悬臂黏弹性夹层梁的随机振动抑制是一个重要的实际问题。采用性能可控黏弹性体的夹层梁具有无需改变结构设计的可优化性与对于较宽频带激励的适应性。关于两端约束可控黏弹性夹层梁的线性振动已有一定研究,而非线性振动仍有待于进一步讨论。悬臂黏弹性夹层梁高阶模态的求解是一个较为复杂的问题。高斯宽带随机激励下黏弹性夹层梁的非线性多模态耦合振动分析是一个较为困难的问题。考虑黏弹性体的物理非线性,首次建立悬臂黏弹性夹层梁的非线性运动微分方程,确定振动模态,根据伽辽金法将该方程离散化为多模态耦合的非线性振动方程;对于高斯平稳随机激励,运用统计线性化法推导等价拟线性系统,计算系统的随机响应,得到悬臂黏弹性夹层梁非线性随机振动的均方位移,及等价的频响函数和功率谱;通过数值分析结果说明,悬臂黏弹性夹层梁对非线性随机振动具有有效的抑制性能。     

高斯激励黏弹性夹层梁的非线性随机响应特性

黏弹性夹层梁的随机振动控制是一个重要的实际问题。基于性能可控黏弹性体的夹层梁具有无需改变结构设计的可优化性而倍受关注。虽然关于该可控黏弹性夹层梁的振动已有一定研究,但所用的动力学模型在几何或物理上是线性的,而对于较强激励情况则需要考虑非线性因素。首次考虑该黏弹性体的物理非线性,建立黏弹性夹层梁及其支承质量系统的非线性运动微分方程,并离散化为多模态耦合的非线性振动方程;对于平稳随机激励,运用统计线性化法推导等价拟线性系统,并计算系统的随机响应,得到黏弹性夹层梁非线性随机振动的均方位移,及等价的频响函数和功率谱,用以评价可控黏弹性夹层梁的响应抑制性能。     

弹塑性本构模型计算冻结壁应力场和位移场

应用冻结壁在卸载状态下冻结壁-周围土体共同作用的力学模型,基于大量的冻土应力-应变关系曲线的试验,采用弹塑性非线性本构模型计算冻结壁应力场和位移场.计算结果表明,由于冻结壁在周围土体共同作用下外载比原始水平应力要低,计算的应力场和位移场和有限元模拟接近地.