岩土材料的非线性统一强度模型

将材料的破坏归结为剪切破坏,每种材料对应于特定的剪切滑动面,抗剪强度为滑动面上正应力的函数,基于不同材料的强度特性将一系列的剪切滑动面统一起来,建立了岩土材料的非线性统一强度模型.非线性统一强度模型的滑动面为β应力空间内的等倾面,在β应力空间内的强度面为圆锥面;在普通应力空间内的强度面为一系列连续光滑、外凸的锥面,在偏平面上强度曲线涵盖了从下限Matsuoka-Nakai曲线到上限Drucker-Prager圆之间的所有区域,子午面上强度线为直线.非线性统一强度模型只有3个材料参数,参数都具有明确的物理意义,通过与国内外学者已取得的岩土类材料真三轴强度试验结果的比较,表明模型可适用于多种类型的材料,并合理描述其非线性强度特性.      

金属材料在复杂应力状态下的塑性流动特性及本构模型

工程应用中,金属材料和结构往往处于复杂应力状态。材料的塑性行为会受到应力状态的影响,要精确描述材料在复杂应力状态下的塑性流动行为,必须在本构模型中考虑应力状态效应的影响。然而,由于在动态加载下材料的应变率效应和应力状态效应相互耦合、难以分离,给应力状态效应的研究和模型的建立造成很大困难。通过对Ti-6Al-4V钛合金材料开展不同加载条件下的力学性能测试,提出了一个包含应力三轴度和罗德角参数影响的新型本构模型,并通过VUMAT用户子程序嵌入ABAQUS/Explicit软件。分别采用新提出的塑性模型和Johnson-Cook模型对压剪复合试样的动态实验进行了数值模拟。结果表明,新模型不仅在对材料本构曲线的拟合方面具有较强的优势,而且由该模型所得到的透射脉冲和载荷-位移曲线均更加准确。因此,该模型能够更精确地描述和预测金属材料在复杂应力状态下的塑性流变行为。

     

基于混合物法则根土复合体本构模型的研究

为探究根土复合体的应力-应变关系,将其视为两相体,根系采用线弹性模型,土体采用邓肯-张模型,并考虑根系与土体之间的相对滑移关系,基于混合物法则建立根土复合体本构模型。通过素土与不同含根量的根土复合体三轴压缩试验,得到其应力-应变关系,通过单根拉伸试验得到根系的弹性模量。结果发现,(1)根土复合体的极限主应力差随含根量的增加先增加后减小,含根量0.3%为最优含根量。(2)单根的直径与抗拉力、抗拉强度符合幂函数关系,与弹性模量符合多项式关系。(3)通过反分析的方法,建立滑移关系,得到模型计算值的应力-应变关系,发现模型计算值与试验值的拟合度(R²)为0.96。该研究为根土复合体本构模型的建立提供新思路,并为根土复合体的数值分析提供参数。     

砂土的应力路径本构模型

将微元应力路径线性逼近,转变成与其充分接近且易于计算应变的等平均应力微元和等应力比微元,计算任意加荷应力路径所产生的塑性应变,建立了双屈服面的砂土应力路径本构模型．模型体现了岩土塑性理论分量屈服和非关联流动法则的要求,在p,q平面内根据双线性的屈服线确定了加卸载准则．结合广义非线性强度理论采用变换应力三维化方法简单、合理地使模型实现三维化．通过试验数据的验证表明,砂土应力路径本构模型可以合理地描述各种应力路径下砂土的变形和强度特性。     

一种适合于岩石材料的双剪模型

岩土类材料强度理论分为单剪强度理论、三剪强度理论和双剪强度理论。三类强度理论的典型代表是Mohr -Coulomb强度理论、Drucker-Prager准则和双剪强度理论。单剪强度理论、三剪强度理论和双剪强度理论都有其相应的单元模型 ,分析单元体上对单元体破坏起主要作用的应力 ,建立各应力分量之间的数学关系 ,形成岩土类材料的强度理论。本文分析岩石围压试验和真三轴试验下的破坏及强度特征 ,提出一种适合于岩石材料的双剪模型 ,与三类强度理论建模方法相同 ,可以得出一系列新的强度理论     

基于统一强度理论的岩石弹塑性本构模型及其数值实现

基于弹塑性力学理论,以统一强度准则为屈服准则,建立了考虑硬化/软化行为和应变率效应的岩石弹塑性本构模型;采用Fortran语言通过LS-DYNA的用户自定义材料接口(Umat)对该弹塑性本构模型进行编程,并把该程序生成求解器以达到对该模型进行应用的目的;通过岩石的单轴压缩实验和SHPB实验对所建的弹塑性本构模型进行验证,结果表明,该弹塑性本构模型能够反映岩石在准静态和动态下的力学行为。     

考虑中主应力影响的黄土强度和变形特性研究

为研究考虑中主应力影响下黄土的强度和变形特性,利用西安理工大学新型真三轴仪开展天然黄土的真三轴固结排水试验,根据原状黄土在不同固结围压和不同中主应力比条件下的应力-应变关系曲线,探讨破坏时应力不变量与平均主应力以及大主应力与中主应力的关系,在此基础上对比分析不同强度准则得到的考虑中主应力影响的强度参数,结果表明Mats...     

一种适合橡胶类材料的非线性粘弹性本构模型

借助非线性流变模型建立大变形情况非线性粘弹材料的本构关系,考虑到大多数橡胶类材料具有的几乎不可压缩性,以及体积响应和剪切响应的流变性能不同,将变形梯度乘法分解为等容部分和体积变形部分,给出了一种适合橡胶类材料的非线性粘弹性本构模型,并模拟了粘滞效应。对于极快或极慢的过程,该模型退化为橡胶弹性理论;在小变形情况下退化为经典的广义Maxwell粘弹性材料。模型与热力学第二定律相容,适合于大规模数值分析。     

粘弹塑性统一本构模型的参数评估

针对粘弹塑性统一本构模型参效众多的特点和传统评估参效方法的缺点，应用非线性最小二秉法与敏感系数分析方法相结合，提出了一个比较系统的对粘弹塑性统一本构模型的参数进行评估的方法。对铜合金在室温下不同加载速率的试验曲线进行参数适配，表明本方法的合理性与正确性。为粘弹塑性统一本构模型的工程应用奠定了基础。     

广义非线性强度理论在岩石材料中的应用

在已提出的广义非线性强度理论的基础上,结合岩石材料的力学特性,建立了岩石广 义非线性强度理论,该理论在$\pi$平面上的破坏函数为介于SMP准则和Mises准则 之间的光滑曲线,在子午面上的破坏函数为幂函数曲线. 通过已有不同岩石的真三 轴试验数据对岩石广义非线性强度理论的验证表明,岩石广义非线性强度理论可以 广泛地适用于各类岩石,描述其$\pi$平面上及子午面上的非线性强度特性;并利 用5种不同类型岩石的真三轴试验结果对岩石广义非线性强度理论和Hoek-Brown准 则进行比较,反映了所提岩石广义非线性强度理论的优越性.     

不同应力分量下广义开尔文模型粘性系数探讨

对不同应力分量下的广义开尔文模型应力应变关系进行了研究,推导了在不同应力分量下的广义开尔文模型的粘性应变增量计算式;通过对这些粘性应变增量计算式的比较分析,得到结论:对于线性粘弹性模型,当应力张量引起粘性变形的规律与应力偏量和球应力分别引起粘性变形的规律相同时,它们的系数满足关系式Ek/ηk=Gsk/ηsk=Kmk/ηmk;否则,这个关系式不成立.现有文献采用应力张量表示的粘性变形有限元计算式隐含假定了球应力与应力偏量产生的粘性变形规律相同.对于复杂的工程材料而言,这种假定并不总是合适的.这在工程问题粘性分析时值得注意.     

A STRESS VECTOR-BASED CONSTITUTIVE MODEL FOR COHESIONLESS SOIL (Ⅱ)-APPLICATION

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＡｃｏｍｐａｎｉｏｎｐａｐｅｒ [1 ]ｄｅｓｃｒｉｂｅｄａｓｔｒｅｓｓｖｅｃｔｏｒ＿ｂａｓｅｄｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｍｏｄｅｌｆｏｒｃｏｈｅｓｉｏｎｌｅｓｓｓｏｉｌ.Ｔｈｅｍｏｄｅｌｉｓｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅａｃｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｏｆｓｔｒｅｓｓｖｅｃｔｏｒｆｏｒｔｈｅｍａｉｎ .Ｔｈａｔｉｓ ,ｕｎｄｅｒｐｌａｎｅｓｔｒａｉｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ,ｔｈｅａｃｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｏｆｓｔｒｅｓｓｖｅｃｔｏｒｃａｎｂｅｅｑｕｉ…     

循环加载作用下皮肤应力软化的连续介质模型

皮肤组织作为富含纤维的非均匀材料,具有复杂的力学特性．皮肤组织在循环加载作用下,随着循环次数的增加,加载过程的应力响应逐渐降低,并最终达到不随循环次数增加而改变的稳定状态,这种现象被称为应力软化行为．本文对加载过程中纤维的延展机制对宏观力学响应的影响进行研究,认为在外界载荷较小时该机制主导了宏观层次上的应力软化行为,随着外界载荷的增大,拉伸过程中微观结构损伤的演化开始产生影响,而且此时内部微观结构的演化由两种机制共同影响,据此建立了连续介质模型,将宏观尺度上应力软化行为和微观结构的演化相关联．将所获得的应力响应理论结果与猪离体头部皮肤在循环加载作用下的实验结果进行对比分析,证明了该模型能够合理地描述皮肤组织在循环加载作用下的应力软化行为．     

Unified elastoplastic finite difference and its application

Two elastoplastic constitutive models based on the unified strength theory (UST) are established and implemented in an explicit finite difference code, fast Lagrangian analysis of continua (FLAC/FLAC3D), which includes an associated/non-associated flow rule, strain-hardening/softening, and solutions of singularities. Those two constitutive models are appropriate for metallic and strength-different (SD) materials, respectively. Two verification examples are used to compare the computation results and test data using the two-dimensional finite difference code FLAC and the finite element code ANSYS, and the two constitutive models proposed in this paper are verified. Two application examples, the large deformation of a prismatic bar and the strain-softening behavior of soft rock under a complex stress state, are analyzed using the three-dimensional code FLAC3D. The two new elastoplastic constitutive models proposed in this paper can be used in bearing capacity evaluation or stability analysis of structures built of metallic or SD materials. The effect of the intermediate principal stress on metallic or SD material structures under complex stress states, including large deformation, three-dimensional and non-association problems, can be analyzed easily using the two constitutive models proposed in this paper.     

混凝土单轴受拉的非局部本构模型

混凝土受拉本构行为存在很强的局部软化现象,使得单轴受拉试验无法给出应力-应变关系,而只能给出应力-位移关系。本文根据内变量理论和等效应变假设建立了基于真实应变的混凝土单轴受力本构方程,并根据Weibull分布可以描述混凝土等脆性材料断裂过程的试验现象,建立了关于弹性应变的损伤演化规律。然后,通过假设平均应变与真实弹性应变的函数关系,在应力-平均应变的本构关系中采用平均弹性应变以描述其非局部行为,而在材料的损伤演化规律中采用真实弹性应变以描述其局部行为,由此建立了单轴受拉荷载条件下的非局部本构模型。最后,对一个单调受拉试验和一个反复受拉试验的仿真结果表明所提出的非局部本构模型可以准确地模拟试验结果。     

基于对数应力率大应变本构关系的参数标定研究

在所有率型弹塑性本构模型中,只有对数应力率对应的本构模型能够满足自适应准则.基于对数应力率,采用实心圆轴扭转实验,对大应变弹塑性本构模型中的参数标定问题进行了讨论.推导出了考虑Swift效应时端部自由实心圆轴扭转变形的变形率、对数旋率、Kirchhoff应力及Kirchhoff应力的对数应力率.对于等向强化大应变弹塑性本构关系,给出了由实心圆轴扭转实验标定的、基于Kirchhhoff应力对数应力率的本构关系中塑性刚度函数的表达式.分析了扭转圆轴的Swift效应对塑性刚度函数的影响.结果表明,实心圆轴扭转的轴向伸长变形和径向变形对基于对数应力率大应变本构关系中的塑性刚度函数都有影响.当不考虑Swift效应时,所得塑性刚度函数表达式与不考虑Swift效应时基于Jaumann应力率的塑性刚度函数表达式相同.     

A STRESS VECTOR-BASED CONSTITUTIVE MODEL FOR COHESIONLESS SOIL (Ⅰ)-THEORY

On the basis of the sufficient consideration of vectorial characteristics of stress, a new nonlinear constitutive model for cohesionless soil under plane strain and 3-D conditions was presented in a way that the action effects of stress vector are decomposed into the action effect of mean effective stress and that of the stress ratio vector (ratio of deviatoric stress vector to mean effective stress). The constitutive model can take account of the influence of both numerical and directional changes of stress vector on deformation of soil simultaneously, and is applicable of both static and dynamic loading. Biography: Shi Hong-yan (1964-)     

模型复合材料弹塑性界面应力分析

由纤维增强弹塑性基体所产生的界面具有弹塑性力学行为。考虑到一般材料的塑性变形都遵循幂硬化规律,对模型复合材料的界面进行弹性和应变硬化状态下的变形规律及其应力分析。以纤维拔出试验为研究模型,将界面分成弹性区和塑性区。利用界面应力剪滞理论,分别建立弹性区和塑性区的界面力学基本方程。选择适当的位移函数满足基本方程及埋入纤维的边界条件,再按位移函数求出弹性区和塑性区的界面剪应力。推导出平均界面剪应力与纤维     

The TSHB technique for material testing at high rates of strain

The material testing technique of Torsional Split Hopkinson Bar (TSHB) is investigated in this paper. It can solve nearly all the problems of Split Hopkinson Pressure Bar (SHPB). Furthermore, accurate experimental results can be obtained in large deformation condition. In this paper some dynamic stress-strain curves of some engineering materials are also given which are obtained from a TSHB apparatus made by ourselves.Projects Supported by the Science Fund of the Chinese Academia Sinica.