基于坐标平移法的正常固结非饱和土三剪弹塑性本构模型

采用单应力变量法和双应力变量法建立了非饱和土的三剪统一强度准则,在此基础上用坐标平移法分别推导了相应的破坏应力比.将所得破坏应力比与非饱和土修正Cambridge模型进行结合,分别建立了单应力变量及双应力变量下的正常固结非饱和土三剪弹塑性本构模型,并对其做了ABAQUS二次开发.以南昌非饱和重塑红土为研究对象,分别对其做了非饱和土三轴固结排水试验验证、真三轴固结排水试验模拟,并研究了中间主应力影响系数b和基质吸力s对重力式挡土墙计算模型的影响.计算结果表明:所提的2种本构模型在三轴固结排水试验中均能很好地描述正常固结非饱和土的变形特性,且双应力变量下采用坐标平移法的模拟结果相对更为接近真实试验结果;在真三轴固结排水试验模拟中,采用双应力变量法相对单应力变量法所得偏应力和体应变偏大,随着中间主应力影响系数b增大,2种本构模型的偏应力和体应变也会随之增大;双应力变量下的重力式挡土墙计算模型更为稳定,随着中间主应力影响系数b或基质吸力s的增大,挡土墙模型土体位移相应减小,而墙后土体强度及稳定性相应增大.     

无粘性土的应力矢量本构模型(Ⅰ)——理论

在充分考虑应力的矢量特性基础上,通过将应力矢量的作用效应分解为球应力作用效应与应力比矢量 (偏应力矢量与球应力之比)作用效应的叠加,建立了一个全新的、适用于无粘性土在平面应变和三维条件下的非线性本构模型。该模型可以同时考虑应力的数量和方向变化对变形的影响,既适用于单调静荷作用,也适用于往返动荷作用。     

非线性塑性材料内部空洞闭合模型的研究

基于典型体元(RVE)模型和Rayleigh-Ritz法,对材料内部空洞从球形闭合成裂纹的过程进行了定量研究.基体材料的本构关系采用幂次粘性方程.通过研究材料变形过程中内部球形空洞和圆形裂纹的演化规律,得到了各自的体积应变率的表达式.采用插值近似,建立了空洞闭合的解析模型,发现空洞变形的主要机理来自于空洞周围基体材料的塑性流动.空洞闭合模型反映了材料属性、远场应力三轴度、远场等效应变对空洞闭合的定量规律.空洞闭合模型的预测结果与文献中的数值结果和有限元计算结果相吻合.空洞闭合模型与CAE(computer-aided engineering)技术相结合可对材料加工工艺进行优化设计,为消除材料内部空洞提供了一条有应用前景的新途径.     

基于滑移与微纤维伸缩两种耗能机制的弹塑性本构模型

本文考虑了固体材料内以拉压和滑移方式消耗变形功的两种主要物理机制,提出了用纤维构元与滑移构元共同组集的弹塑性材料模型.两种构元都是单自由度变形体,其力学性质及塑性变形中的耦合硬化系数可由传统的材料力学实验确定.各种取向的构元在三维空间中均匀分布,并与宏观应变协调变形.从模型结构的力学响应导出了全量型和增量型本构方程,不必预先设定加载函数(塑性势函数).构元经历的变形历史与其取向有关,作为组合效应的应力应变关系能反映加载路径的影响.因此,本文得到的本构方程既保持了简洁的数学形式,又能模拟复杂加载条件下材料的宏观弹塑性力学行为. 本文预测了几种多晶金属材料在典型复杂加载路径下的应力应变响应与后继屈服面,与实验结果吻合良好.     

泥质盐岩单轴蠕变寿命研究

岩石流变力学的研究中，蠕变寿命是一个重要问题.由于长期蠕变试验资料的缺乏，难以估计蠕变破坏时间.该文进行了泥质盐岩单轴全应力 应变压缩试验，并采用陈氏加载法进行了单轴蠕变试验.对蠕变曲线进行了处理，获得了不同应力水平下的蠕变曲线簇，进而得到了等时应力-应变曲线簇.通过拟合分析，建立了等时应力-应变曲线割线模量随时间变化关系模型和等时应力 应变曲线的数学模型.对等时应力 应变曲线与全应力-应变曲线之间的关系进行了分析，获得了蠕变破坏强度和破坏应变分别与蠕变寿命之间的数学表达式.该文研究成果可以估计泥质盐岩的蠕变寿命、长期强度、长期模量、蠕变破坏线和蠕变终止线，对相关岩石流变寿命的估计具有借鉴意义.     

含主应力轴旋转的土体一般应力应变关系

本文利用矩阵理论,分析了使主应力轴产生旋转的应力增量特性,并将一般应力增量分解为与应力共主轴部分及使之产生旋转部分。据此,将含主应力轴旋转的复杂三维问题简化为三维应力应变共轴问题和三主值不变绕某一主轴旋转问题的结合,大大简化了分析的难度。文中还结合有关模型给出了一般三维问题的具体计算方法。     

剪切变形下非晶态高聚物的力学行为

基于非平衡态热力学理论，提出了一个适用于不可压材料的新的热粘弹性本构模型．该模型将橡胶弹性理论中的非高斯分子网络模型推广到计及粘性和热效应的情形．通过引入一组二阶张量形式的内变量，建议了一个新的Helmholtz自由能表达式，从而可以用来合理描述内变量的演化规律．根据以上模型，重点研究了热粘弹性材料在简单剪切变形下的力学行为，考察了由于分子链取向分布的变化而产生的“粘性耗散诱导”各向异性，讨论了应变率效应和由于粘性耗散而导致的热软化效应对剪应力的影响．理论预测结果与G’Sell等人的实验数据的定性比较表明了新的本构模型的有效性。     

弹性—粘塑性材料I型动态扩展裂纹尖端场的渐近解

提出了一种新的弹性－粘塑性模型用于分析I型动态扩展裂纹尖端的应力应变场。给出了适当的位移模式，推导了渐近方程并且给出了数值解。分析和计算表明：对于低粘性情况，裂纹尖端场具有对数奇异性；对于高粘性情况，渐近方程无解。分析比较表明该结果具有高压臣提出的单参数解的所有优点，并且消除了粘性区随裂纹扩展而移动的不足。     

单轴拉伸条件下细观非均匀性岩石损伤局部化和应力应变关系分析

岩石在拉应力状态下的力学特性不同于压应力状态下的力学特性．利用细观力学理论研究了细观非均匀性岩石拉伸应力应变关系包括:线弹性阶段、非线性强化阶段、应力降阶段、应变软化阶段.模型考虑了微裂纹方位角为Weibull分布和微裂纹长度的分布密度函数为Rayleigh函数时对损伤局部化和应力应变关系的影响,分析了产生应力降和应变软化的主要原因是损伤和变形局部化.通过和实验成果对比分析验证了模型的正确性和有效性．     

高温合金GH4169的失效特性及失效模型研究

对GH4169高温合金开展了不同应力三轴度（-0.33~0.33）、不同应变率（0.001~5 000 s-1）、不同温度（293~1 073 K）条件下的材料性能试验.基于Johnson-Cook失效模型的框架,研究了Johnson-Cook(JC)失效模型及已有文献提出的修改形式中应力三轴度项拟合结果的不确定性及应变率对失效应变的线性关系描述局限性问题,通过提出的特定参数确定方法与耦合应力三轴度的应变率效应指数函数,建立了一种唯象修正的失效模型.基于GH4169高温合金的试验结果,标定了修正的失效模型与JC模型中各个参数.结果表明:在不同应力三轴度下,GH4169的失效应变表现出不同的应变率效应;与传统的JC模型相比,修正的失效模型更能够较好地描述GH4169的失效行为;同时能够保证失效应变的非负性.     

有限变形下的等效应力和等效应变问题

重点讨论了在有限变形条件下，弹塑性理论中的等效应力、等效应变是否仍然成立．选择了平面应力和平面应变下的单向压缩应力状态，对这一问题进行了探讨．在这两种应力状态下，在众多的应力应变描述中，对数应变与旋转Kirchhoff应力得到的应力应变曲线与实验数据符合良好．     

井壁破裂与内部应变状态机理分析

为研究立井井壁破裂与内部应变之间的相互规律，搭建井壁实物模型以模拟井壁受力破裂过程和状态，利用分布式光纤技术对井壁内部应变进行监测，并分别从应力和应变多角度进行深入分析.结果表明：对于应变状态，当施加应力增大，井壁应变程度也随之增大，应变极大值所对应的井壁位置，其应变程度在范围内达到最大，破裂风险也就最高；对于应力作用，不同应力下井壁应变最大值与最小值之间的偏差度越大，井壁稳定性越差，越容易发生破裂；分析了应力、应变二者相互关联性，拟合各方向角所对应的井壁位置应变变化的线性方程，变化率数值越大，井壁应变增长速度就越快，当应变值超过所能承受极限时，井壁会更容易发生破裂；通过对井壁应变数据监测，分析了应变差值、偏差度和应变变化率，结合Lamé公式，建立了井壁应变破裂关系模型，为井壁破裂预警提供了新方案.     

逆冲断层地震主震的突变理论分析

逆冲断层系统作准静态形变时的功、能量增量关系可以分解为关于体积应变能的功能增量关系和关于偏应力能的功能增量关系．采用突变理论方法对逆冲断层系统的偏应力功能量增量关系进行的分析表明:折迭突变模型展示的性状可对逆冲断层地震主震的发震条件、演化过程和若干震后特性作恰当描述．围岩的围压大,最大主应力大,逆冲潜断层面倾角小,围岩切向刚度与断层抗剪强度曲线软化段拐点处斜率的比值小, 则震时围岩弹性能释放量大、 震级高, 断层破裂半错距大, 围岩端面位移振幅也大．断层岩体破裂扩容和震时围岩体积应变能释放, 增强了前述效应．     

非饱和黄土中椭球形扩孔问题弹塑性解析

在非饱和土统一强度准则中引入非饱和原状黄土黏聚力与基质吸力拟合公式,采用改变孔型系数k的方法并结合边界条件、平衡方程及应力协调方程,推导了排水与不排水条件下椭球形扩孔在ξ平面内的弹性区与塑性区应力-应变场、塑性区半径及极限扩孔压力的解析解,并利用MATLAB软件分析了基质吸力、强度准则和剪胀对解析解的影响.结果表明:不同排水条件下非饱和黄土有效应力均随孔型系数k及基质吸力的增大而增大;当参数r/r_p一定时,在排水条件下,有效应变随剪胀系数h及基质吸力的增大而增大,且后者的影响程度更大;在同等条件下,b=1时双剪应力强度准则下的有效应力-应变均大于b=0时的Mohr-Coulomb强度准则.     

基于人工神经网络的颗粒材料本构关系及边值问题研究

颗粒材料被广泛运用于工程实践中,通过数值模拟解决颗粒材料有关的边值问题,对于指导工程实践具有重要意义.通过应用人工神经网络算法,将基于离散颗粒模型的离散单元法与基于连续介质模型的有限单元法有机结合以求解颗粒材料边值问题,形成了一套新的、完整的模型及解决方案,即细观模型离线计算的细-宏观两尺度模型及求解系统.具体为：先基于离散单元法获取颗粒材料的主应力、主应变以及对应的应力-应变矩阵等数据;再将获取的数据利用人工神经网络算法构建在主空间上描述颗粒材料本构关系的人工神经网络模型;最后,通过用户自定义材料子程序UMAT将人工神经网络模型导入ABAQUS中求解颗粒材料边值问题.通过平板受压以及边坡稳定性数值试验,并与经典弹塑性模型求解结果进行对比,表明了训练后的人工神经网络模型能够有效地反映颗粒材料的本构关系,并能够运用于实践求解边值问题,验证了该求解方案的可行性.     

弹性-粘塑性材料Ⅰ型动态扩展裂纹尖端场的渐近解

提出了一种新的弹性-粘塑性模型用于分析Ⅰ型动态扩展裂纹尖端的应力应变场.给出了适当的位移模式,推导了渐近方程并且给出了数值解.分析和计算表明:对于低粘性情况,裂纹尖端场具有对数奇异性;对于高粘性情况,渐近方程无解.分析比较表明该结果具有高玉臣提出的单参数解的所有优点,并且消除了粘性区随裂纹扩展而移动的不足.     

针对壁面旋转变径管内螺旋流的压力应变项研究

通过壁面旋转变径圆管内螺旋湍流流动特征的分析，确定其切向速度场内涡流区为微团旋转主导的椭圆形流动，外涡流区为微团变形主导且受壁面旋转影响的双曲形流动.进而利用张量的不变量理论，引入旋转率张量与应变率张量的综合不变量作为模型系数，将适用于微团旋转主导的旋转湍流Reynolds应力压力应变项修正模型拓展到了非旋转效应主导的双曲形流动中.将修正压力应变项应用于壁面旋转变径圆管流场的模拟，并将结果与实测结果进行了对比，验证了修正模型的改进效果.     

常系数投资消费模型的一些优化性质

本文在有效易费的常系数投资消费模型下，讨论了折算函数和价值函数的一些基本性质，即给出了价值函数的凹性、连续性、正则性和变分不等式的粘性上解以及粘性解存在性等结果。     

Ⅰ型动态扩展裂纹尖端的弹粘-理想塑性场

由于材料在扩展裂纹尖端的粘性效应的存在,考虑粘性效应并假设粘性系数与塑性等效应变率的幂次成反比,对理想塑性材料中平面应变扩展裂纹尖端场进行了弹粘塑性渐近分析,得到了不含间断的连续解,并讨论了Ⅰ型裂纹数值解的性质随各参数的变化规律．分析表明,应力和应变均具有幂奇异性,通过分析使尖端场的弹、粘、塑性可以合理匹配．对于Ⅰ型裂纹,裂尖场不含弹性卸载区．趋于极限情况时,裂纹尖端处于一种超粘性状态,并积聚了大量的能量,在各个受压应力状态下裂纹扩展．     

基于度与路径优先连接的集聚型供应链网络演化模型

集聚型供应链供应链网络具有无标度性、高集聚性等特征.以往研究忽视了供应链网络的高集聚性,使得供应链网络模型不能够准确刻画实际的集聚型供应链网络.本文在具体分析集聚型供应链网络动态演化特征的基础上,提出了基于度与路径优先连接的集聚型供应链网络演化模型,弥补了优先连接仅依赖于节点度值的不足.最后,对集聚型供应链网络的度分布、集聚系数和平均最短路径参数进行了数值模拟,模拟结果表明,该模型不仅能够反映集聚型供应链网络的无标度性,而且能够真实刻画其高集聚性特征.