基于SMP破坏准则的饱和砂土弹塑性本构模型

利用土体的塑性流动理论，提出了用于描述饱和砂土在单调荷载作用下的应力一应变反应性质的弹塑性本构模型。土体总的变形由三部分组成：即弹性应变、与体积屈服机制相关的塑性应变和与剪切屈服机制相关的塑性应变，其中与剪切屈服机制相关的塑性应变的得出是基于SMP破坏准则。通过将模型预测的结果与试验结果进行对比，表明该模型能够较为准确地描述饱和砂土在单调加载条件下的反应性质。     

考虑围压效应的冻结砂土动态本构模型研究

为描述主动围压作用下冻结砂土的动态力学特性，通过在朱-王-唐模型的非线性体上串联塑性体，建立了能够考虑围压效应的冻结砂土动态损伤本构模型；分析了损伤参数对应力-应变曲线特征、屈服点、峰值应力和峰值应变的影响规律，基于冻结砂土动力学试验数据确定了模型参数；通过将模型和试验数据进行对比，并对不同试验条件下模型的预测误差进行分析，验证了模型的适用性和准确性。结果表明，损伤参数对应力-应变曲线弹性阶段和屈服点无明显影响，而对塑性阶段和破坏阶段的影响较为显著，本构模型预测的应力-应变曲线与试验结果具有较好的一致性。模型能够预测围压引起冻结砂土塑性阶段占比大和屈服点明显的特征，且能够描述围压对冻结砂土动态强度的增强效应；不同负温和主动围压条件下，模型对峰值应力和屈服强度的预测效果优于峰值应变和屈服应变。     

砂土双屈服面的数值建模

通过研究中密砂在等p路径和增p路径下的三轴试验曲线,发现其应力-塑性应变关系曲线在常规应力范围内具有较好的量纲一化特性。选择合适的指标对砂土三轴试验数据进行量纲一化,以量纲一的试验数据为训练样本进行神经网络训练,得到了两种砂土比较理想的双屈服面神经网络模型。研究结果表明两种路径下屈服面是不同的,该方法能反映应力路径的相关性。     

土剪胀性的应力路径相关规律及其模拟

建立能够反映土的变形和强度特性应力路径依存性的本构模型, 首先需要解决土剪胀规律的应力路径依存性问题. 对黏土和砂土剪胀性的应力路径依存性做了系统的分析和比较,模型预测与试验结果的比较表明: 剑桥模型和统一硬化模型在描述土的这一特性方面都有一定缺陷; 采用部分塑性体应变与塑性剪应变耦合的思路建立的渐近状态模型能够较好地反映土剪胀性的应力路径依存性.      

冻结黏土单轴抗压试验及损伤本构模型分析

从冻土微元破坏服从Weibull随机分布的特点出发,将Mohr–Coulomb强度准则作为冻土微元统计分布变量,利用应变等价性假说,建立了单轴应力状态下冻结黏土损伤本构模型;在此基础上,讨论了模型参数和弹性模量与冻结温度的关系,对模型参数和弹性模量进行合理修正,建立了温度影响下的冻结黏土损伤本构模型,并与试验结果进行对比。分析结果表明:考虑温度效应的损伤本构模型能很好地模拟冻结黏土应力–应变全过程曲线,具有很好的适应性。     

室温下镁合金板循环塑性随动强化本构模型研究

本文在具有各向异性屈服强度和拉压不对称的CPB06屈服准则的基础上,建立了基于随动强化的循环塑性本构模型．通过引入滑移、孪晶以及去孪等不同变形模式下的背应力演化方程,对室温下镁合金板材异常循环硬化行为进行了模拟．选取了AZ31B-O和AZ31B两种镁合金板材,通过拉伸-压缩-拉伸(T-C-T)和压缩-拉伸(C-T)等不同加载路径下的部分实验曲线确定模型的参数,采用三次插值多项式建立了背应力参数与上一变形模式中累积的等效塑性应变（即预应变）之间的函数关系．使用本模型对剩下的实验曲线进行了预测,发现预测结果与实验结果有良好的一致性,说明了当前模型的正确性．     

复杂加载下混凝土的弹塑性本构模型

混凝土材料在不同应力路径下或复杂加载条件下会表现出差异性显著的应力应变关系,在小幅循环加载条件下,其应力应变关系会表现出类似于弹性变形的滞回曲线.在不同应力水平下,混凝土的应力应变关系以及破坏特性都具有静水压力相关特点,即随着静水压力增大,各向异性强度特性弱化.此外,混凝土受压及受拉破坏机理不同,因而对应于混凝土硬化损伤亦有不同,即可分为受压硬化损伤,受拉硬化损伤及两者的混合硬化损伤类型.基于Hsieh模型,对该模型进行了三点改进.（1）针对小幅循环加载下混凝土无塑性变形的试验规律,而模型中在应力水平较低的循环加载条件下始终存在塑性变形的预测问题,采用在边界面模型框架下,设置了应力空间的弹性域,初始屈服面与后续临界状态屈服面几何相似的假定.（2）基于广义非线性强度准则将原模型采用变换应力方法将其推广为三维弹塑性本构模型,采用变换后模型可合理的考虑不同应力路径对于子午面以及偏平面上静水压力效应形成的影响,并避免了边界面应力点奇异问题.（3）分别对拉压两种加载损伤模式建议了相应的硬化参数表达式,可分别用于描述上述加载中产生的应变软化及强度退化行为.基于多种加载路径模拟表明:所建立的三维弹塑性本构模型可合理地用于描述混凝土的一般应力应变关系特性.      

超高强度钢AF1410塑性流动特性及其本构关系

在本文中,为揭示超高强度钢AF1410的塑性流动性,并研究其塑性流动本构关系,利用CSS4410电子万能试验机和改进的Hopkinson拉压杆技术,对AF1410钢在温度从100K到600K,应变率从0.001/s到2000/s,塑性应变超过20%的塑性流动特性进行了试验研究。结果表明,拉伸加载下AF1410钢屈服强度低于压缩屈服强度,且随应变率增加,拉压屈服强度差值越来越大;该材料塑性流动应力对应变率敏感性低,而对温度较为敏感;随应变率的提高,该材料拉伸失效应变减小,但温度对失效应变无明显影响。最后基于位错的运动学关系,借助试验数据,获得了AF1410钢的塑性流动物理概念本构模型,并通过与经典J-C模型的结果对比对该物理概念本构模型进行了评估分析,表明该物理概念本构模型在较宽温度和应变率范围能较好的预测AF1410钢的塑性流动应力。     

玻璃态高聚物PMMA的非线性粘弹-塑性本构方程

对航空有机玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯,PMMA)实验测定了不同应变率下单轴压缩加卸载循环的应力-应变曲线,讨论了应力促进热激活塑性变形的活化粘壶理论,提出由标准线性体或Maxwell体与考虑应变硬化效应的活化粘壶作串联耦合的粘弹-塑性本构模型,给出了完备的微分和积分形式的本构方程组,用于拟合实测加卸载循环的应力-应变曲线,获得良好吻合的结果。对应变软化效应提出一种新的起因于粘弹变形滞后效应的理论说明,并对屈服后加载应力-应变曲线的走向特征作了理论解释。     

UNIAXIAL COMPRESSION TEST AND DAMAGE CONSTITUTIVE MODEL FOR ANALYSIS OF FROZEN CLAY 1)

从冻土微元破坏服从Weibull随机分布的特点出发,将Mohr--Coulomb强度准则作为冻土微元统计分布变量,利用应变等价性假说,建立了单轴应力状态下冻结黏土损伤本构模型;在此基础上,讨论了模型参数和弹性模量与冻结温度的关系,对模型参数和弹性模量进行合理修正,建立了温度影响下的冻结黏土损伤本构模型,并与试验结果进行对比。分析结果表明：考虑温度效应的损伤本构模型能很好地模拟冻结黏土应力--应变全过程曲线,具有很好的适应性。     

A plasticity model for pressure-dependent anisotropic cellular solids

The initial and subsequent yield surfaces for an anisotropic and pressure-dependent 2D stochastic cellular material, which represents solid foams, are investigated under biaxial loading using finite element analysis. Scalar measures of stress and strain, namely characteristic stress and characteristic strain, are used to describe the constitutive response of cellular material along various stress paths. The coupling between loading path and strain hardening is then investigated in characteristic stress–strain domain. The nature of the flow rule that best describes the plastic flow of cellular solid is also investigated. An incremental plasticity framework is proposed to describe the pressure-dependent plastic flow of 2D stochastic cellular solids. The proposed plasticity framework adopts the anisotropic and pressure-dependent yield function recently introduced by Alkhader and Vural [Alkhader M., Vural M., 2009a. An energy-based anisotropic yield criterion for cellular solids and validation by biaxial FE simulations. J. Mech. Phys. Solids 57(5), 871–890]. It has been shown that the proposed yield function can be simply calibrated using elastic constants and flow stresses under uniaixal loading. Comparison of stress fields predicted by continuum plasticity model to the ones obtained from FE analysis shows good agreement for the range of loading paths and strains investigated.     

相变复合波在伪弹性TiNi合金薄壁管中的传播

相变可以改变材料的性质,从而严重影响波在介质中传播的结构。采用考虑静水压力和偏应力联合作用的增量型相变本构模型,研究了在拉(压)-扭联合作用下半无限长TiNi合金薄壁管内相变复合波的传播规律。基于广义特征理论分析了相变复合波的特征波速及简单波解的基本性质。利用数值方法研究了两种典型情况下管内相变耦合波传播的规律,管内传播的应力路径和波的结构与初始状态及加载幅值有关,展现出和普通弹塑性材料截然不同的性质。     

The yield behaviour of an array of metal-coated fibres

The biaxial compaction of a square array of metal-coated fibres (MCFs) is examined using the finite element method. The array is first compacted to a certain density using biaxial loading paths consistent with those for hydrostatic and closed-die compaction. The yield surfaces are then constructed at various stages of the densification. The size and shape of the yield surface depend on the loading history, relative density and on the fibre volume fraction. The yield surface after hydrostatic compaction has a corner at the initial loading point. However, the location of the corner on the yield surface after closed-die compaction depends on the relative density and the fibre volume fraction. The numerical results of the hydrostatic yield surface over a range of loading path are in good agreement with Fleck (1995) micro-mechanical model originally developed for the compaction of a random array of homogeneous particles.     

颗粒材料三维应力路径下的接触组构特性

颗粒材料的宏观应力变形特征与其微观接触力、组构等紧密相关.一般而言,强接触系统属于颗粒内部体系的传力结构,其对应的组构张量是影响宏观应力性质的重要因素.细观数值方法(如离散单元法)能够反映物理试验的基本规律,并且可以方便地提取宏微观数据来研究颗粒体系的应力变形机制.采用离散单元法(discrete element method,DEM)进行一系列等$p$等$b$应力路径下颗粒材料的真三轴试验,在此基础上研究了三维应力路径下颗粒材料的宏微观力学参数的演化过程、三维组构张量与应力张量多重联系以及强接触体系反映的宏观应力特征.研究表明:颗粒体系偏应力峰值状态和临界状态均存在与加载路径无关的宏微观特征;三维应力路径下组构张量与应力张量存在非共轴性,但其联合不变量演化过程表现出加载路径无关的特征;与弱接触系统的组构张量相比,强接触系统的组构张量更能反映宏观应力张量的特征;强弱接触体系的组构张量对颗粒体系宏观响应的贡献不同,其分界点存在一定取值范围,但采用平均接触力较为简单合理.      

基于临界状态的砂土本构模型研究

砂土孔隙比及所受压力是其力学特性的重要影响因素. 本文基于砂土临界状态线特性分析,采用以e-(p/p_a)ξ平面内的线性关系描述其等向压缩线. 通过对比分析两种不同压缩线函数 与临界状态线函数之间的关系提出更适合描述砂土在等向压缩下的参考压缩线,并给出了基于参考压缩线的等向硬化规律. 建议了适用于 描述砂土剪切特性的屈服面函数,并给出利用等向压缩和等p路径确定屈服面形状参数μ的方法. 将不同应力比对应的压缩线作为砂土状态参量参考线,以获取潜在强度M_f与特征状态应力比M_c,进而描述砂土压缩与剪切特性;基于等向压缩与等p路径建立了当前应力比与状态参量参考线之间的相关关系,从而实现了砂土状 态参量参考线由参考压缩线向临界状态线平稳过渡. 建立的砂土本构模型共11个参数,均能够通过常规土工试验或经验获取. 基于模型预测与Toyoura砂的等向压缩、三轴不排水剪切试验及排水剪切试验的对比结果,本文建立的砂土本构模型很好地描述了Toyoura 砂在不同孔隙比和不同压力下的压缩与剪切特性.      

对称表面动载下有限块体的破裂过程

实验表明,受对称布置的表面爆炸载荷的脆性块体,会在通过载荷作用点连线的某一平面上破裂。为解释这一现象并进一步探讨利用类似方法破碎岩块的可能性,本文介绍了应用弹性动力学理论建立的计算模型以及所进行的动光弹和混凝土块模型试验。研究结果表明:在所述载荷条件下,应力波特别是自由界面反射的拉伸波对块体的破碎起重要作用;由于多向拉应力集中,在块体加载端面梭边中部最易产生径向裂隙,此后在侧面反射波的作用下裂隙延伸,与中部可能存在的裂纹贯通,从而将块体破开;对称加载使应力波在块体内多次叠加有利于块体充分破碎。     

考虑路径相关性的非比例循环塑性本构模型

根据非比例加载下金属材料响应的延迟特性及加载路径相关性,选取沿应力迹法向的塑性应变的累积量作为非比例加载影响的度量,相应给出反映非比例附加强化的变量,并假设其模量和强化率与加载路径的几何参数相关．为反映由于非比例加载而引起的材料强化的异向效应,在Valanis的塑性内时响应方程中引入与加载路径几何性质有关的应力项,构成非比例循环塑性本构关系．对316和304不锈钢材料在一些典型非比例循环加载路径下的应力响应进行了理论预测,与Benallal等及McDowell的实验结果取得了良好的一致．     

Path-dependence of the forming limit stresses in a sheet metal

The effect of changing strain paths on the forming limit stresses of sheet metals is investigated using the Marciniak–Kuczyński model and a phenomenological plasticity model with non-normality effects [Kuroda, M., Tvergaard, V., 2001. A phenomenological plasticity model with non-normality effects representing observations in crystal plasticity. J. Mech. Phys. Solids 49, 1239–1263]. Forming limits are simulated for linear stress paths and two types of combined loading: a combined loading consisting of two linear stress paths in which unloading is included between the first and second loadings (combined loading A), and combined loading in which the strain path is abruptly changed without unloading (combined loading B). The forming limit stresses calculated for combined loading A agree well with those calculated for the linear stress paths, while the forming limit curves in strain space depend strongly on the strain paths. The forming limit stresses calculated for the combined loading B do not, however, coincide with those calculated for the linear stress paths. The strain-path dependence of the forming limit stress is discussed in detail by observing the strain localization process.