复杂应力状态下岩土材料非线性本构模型研究

基于统一强度理论,将洛德参数引入统一强度理论,推导出材料的统一强度参数,进而分析中间主应力以及主剪应力系数对材料统一强度参数的影响。在此基础上,对邓肯张双曲线模型进行改进,使得该模型能够反映复杂应力状态下的应力应变关系。采用粘土的平面应变试验进行验证,结果表明:在平面应变情况下,当b=0.4时,模型能够较好地反映粘土的应力应变关系,及其强度参数。分析了洛德参数以及中间主应力系数对模型的影响,进一步说明岩土材料存在主应力效应。该模型能够反映不同材料在复杂应力状态下的应力应变关系,有其更为广泛的适用性。     

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。     

基于爆炸切割试验的有机玻璃本构模型参数反演

为了获取爆炸切割数值模拟中有机玻璃（PMMA）的材料本构模型参数,建立了一种基于神经网络的有机玻璃Johnson Holmquist ceramics (JH-2)本构模型参数反演方法：基于从爆炸切割试验和现有研究得到的JH-2本构模型经验参数,确定本构模型参数的调整区间;使用LS-DYNA数值模拟软件对2.5 mm宽爆炸切割索切割14 mm PMMA平板过程进行数值模拟并收集平板损伤数据集;建立PMMA平板本构模型参数与损伤数据之间的神经网络模型;通过训练完成的神经网络模型对PMMA平板的JH-2本构模型参数进行反演。为验证通过反演参数的可靠性,进行了4.2 mm宽爆炸切割索切割19 mm PMMA平板试验和有限元数值模拟,计算结果中的平板损伤情况与实验结果相差较小,表明通过反演获得的JH-2本构模型参数能较好地应用于PMMA平板爆炸切割数值模拟。传统材料参数获取方法,该参数反演方法相较于可以通过较少的试验及测试,获得比较准确的材料本构模型参数。     

YB-2航空有机玻璃的应变率和温度敏感性及其本构模型

为了理解和评价YB-2航空有机玻璃在极端环境下的动态力学性能,采用电子万能试验机和分离式Hopkinson压杆对YB-2航空有机玻璃在218~373 K温度范围、10^-3~3 000 s^-1应变率范围内的压缩力学行为进行了研究,得到了材料的应力应变曲线。结果表明：随着温度的升高,材料的流动应力逐渐减小而破坏应变呈现增大的趋势;温度相同时,材料的流动应力随应变率的增加而增大,破坏应变随应变率的增加而减小。随着应变率的提高,材料的应变软化效应更加剧烈。基于朱-王-唐(ZWT)本构模型,得到了考虑温度效应的本构参数。结果显示,在8%应变范围内,改进的考虑温度效应的本构模型可以较为理想地表征该材料的应力应变响应。

     

描述非线性动力响应的砂质土本构模型

本文提出描述非线性响应的砂擀土本构模型，由本构模型计算所得到的理论曲线与实验曲线发接近此模型能广泛地用于土工问题的弹一塑性有限元分析中。     

材料的本构关系与非线性有限元

一、引言随着工程科学的进展,对非线性固体介质进行力学分析的需要变得日益迫切。高速飞行器的热应力、再入卫星的头部烧蚀和变形、喷气发动机各部件的应力集中、反坦克弹的变形及反应堆壳体的蠕变等等问题的研究,都与材料的非线性特性有关,对金属固体来说,特别与弹塑性特性有关。现代断裂理论的研究也必须研究裂纹顶端的应力应变场,这里弹塑性是重要的因素。在数学上,这种非线性分析常常是一个依赖于应力历史的、与路径有关的复杂问题,这就引起了数学家的注意。但是应该说,在高速大型计算机未出现之前,光靠解析数学工具,我们是无能为力的。      

真三轴应力状态下岩石损伤本构模型

从岩石微元破坏服从Weibull 随机分布的特点出发,建立了真三轴应力状态下岩石损伤软化统计本构关系;根据应力应变关系的几何条件,建立了本构模型参数与岩石变形过程中应力应变曲线特征参量的理论关系,从而增强了模型的适应性;最后通过试验实测数据验证了模型的合理性.     

有机玻璃在高应变率下的损伤型非线性粘弹性本构关系及破坏准则

对两种有机玻璃高应变率下的大变形和破坏行为进行了实验研究,通过改进文献[2]本构关系的非线性弹性项并引入损伤参量,建立了一个适用于更大变形范围、能描述应力平台及本构失稳的损伤型非线性粘弹性本构方程。相应地,从临界损伤量概念出发,提出以应变和应变率为控制变量的破坏准则。不论是本构关系还是破坏准则,理论计算均与试验结果吻合良好。     

有机玻璃在高应变率下的损伤型非线性粘弹性本构关系及破坏准则

对两种有机玻璃高应变率下的大变形和破坏行为进行了实验研究,通过改进文献[2]本构关系的非线性弹性项并引入损伤参量,建立了一个适用于更大变形范围、能描述应力平台及本构失稳的损伤型非线性粘弹性本构方程。相应地,从临界损伤量概念出发,提出以应变和应变率为控制变量的破坏准则。不论是本构关系还是破坏准则,理论计算均与试验结果吻合良好。     

酚醛层压材料的冲击力学行为及本构模型

为了研究酚醛层压材料的冲击力学行为并获得本构模型,利用万能试验机和整形修正的分离式霍普金森压杆(SHPB)装置,对材料试样进行了应变率范围为10^-3~10³ s^-1的单轴压缩实验,得到了不同加载应变率下的应力应变曲线,对其在准静态、动态载荷下的压缩破坏机理进行了初步探讨。结果表明,酚醛层压材料具有较强的应变率效应,与准静态(1.67×10^-3 s^-1)时相比,在动态载荷(7×10² s^-1)下,峰值应力增加了约10倍;破坏应变减少了约一半;在准静态和动态加载条件下试样力学性能的差异是由于纤维基体界面特性以及不同应变率下破坏模式的不同;采用朱-王-唐本构方程描述了酚醛层压材料力学行为,拟合得到了本构方程的系数,在加载过程中,理论计算值与实验结果吻合较好。

     

骨骼肌收缩的本构模型:I被动行为

骨骼肌是人体运动器系的重要组成部分,是人体主动运动的唯一原动力,约占到人体体重的40%.详细阐述了目前骨骼肌被动行为研究的前沿成果,包括线弹性模型、超弹性模型以及黏弹性模型.这些模型从不同的侧面、以不同的理论来描述骨骼肌的被动行为,对骨骼肌在被动状态下的力学响应作出了较为精准的表达.本文对各种模型的缺陷和适用性也作了一些总结和讨论.     

泡沫铝本构行为研究进展

作为泡沫金属的典型代表, 泡沫铝是一种集结构性和功能性于一体的新型材料, 随着生产工艺的提高及国民经济的发展, 泡沫铝在航空航天、交通运输、建筑工程、机械制造等领域的应用日趋深入和广泛. 工程中复杂的载荷工况, 对泡沫铝本构模型的准确性及实用性提出了更高的要求. 国内外学者对泡沫铝进行了大量的试验研究及有限元数值分析工作, 随着各种研究和数值分析本构模型的提出、验证及修正等, 人们对泡沫铝的力学性能及其应用的认识逐渐提高. 本文首先简要概述了泡沫铝力学性能的试验研究及有限元数值分析的进展, 然后重点综述泡沫铝本构行为的国内外研究进展及现状. 最后, 针对目前存在的问题, 讨论并展望了泡沫铝本构行为的研究发展趋势. 完善本构模型表征所需的特征参量, 将各向异性或横观各项同性材料假定引入模型构建体系, 明确静水压缩响应及单轴压缩响应在材料强化中的权重, 建立例如随动强化般更加真实且准确反映泡沫铝强化过程的强化准则, 将应变率效应研究成果引入本构模型中等是现有泡沫铝本构模型体系中的重要研究方向.      

泡沫铝本构行为研究进展

作为泡沫金属的典型代表,泡沫铝是一种集结构性和功能性于一体的新型材料,随着生产工艺的提高及国民经济的发展,泡沫铝在航空航天、交通运输、建筑工程、机械制造等领域的应用日趋深入和广泛.工程中复杂的载荷工况,对泡沫铝本构模型的准确性及实用性提出了更高的要求.国内外学者对泡沫铝进行了大量的试验研究及有限元数值分析工作,随着各种研究和数值分析本构模型的提出、验证及修正等,人们对泡沫铝的力学性能及其应用的认识逐渐提高.本文首先简要概述了泡沫铝力学性能的试验研究及有限元数值分析的进展,然后重点综述泡沫铝本构行为的国内外研究进展及现状.最后,针对目前存在的问题,讨论并展望了泡沫铝本构行为的研究发展趋势.完善本构模型表征所需的特征参量,将各向异性或横观各项同性材料假定引入模型构建体系,明确静水压缩响应及单轴压缩响应在材料强化中的权重,建立例如随动强化般更加真实且准确反映泡沫铝强化过程的强化准则,将应变率效应研究成果引入本构模型中等是现有泡沫铝本构模型体系中的重要研究方向.     

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。     

网纹红土分数阶应力松弛模型

网纹红土松弛特性具有非线性。基于分数阶微积分理论,探讨了能更准确描述网纹红土松弛非线性特性和全过程的FVMS(Fractional Voigt and Maxwell model in series)松弛模型和FVMP(Fractional Voigt and Maxwell model in parallel)松弛模型及其理论解,进而应用提出的模型对三轴松弛试验实测数据进行反演,讨论了分数阶阶数的敏感性,并与西原模型和Burgers模型进行对比分析。研究结果表明,建立的四元件分数阶松弛本构模型应用于网纹红土应力松弛特性分析是有效可行的,模型灵活且精度更高,参数确定简便,发现分数阶阶数对应力松弛量的影响较大,但其对FVMS模型和FVMP模型松弛速率的影响不同,为实际工程长期稳定性分析提供了参考。     

岩体结构面非线性弹性-塑性软化本构模型研究

在总结评述现有岩体结构面本构模型的基础上,将非线性弹性模型和弹塑性模型结合起来,并采用起伏角磨损演化方程来定量描述结构面的磨损软化,建立了岩体结构面非线性弹性-塑性软化本构模型.利用新建立的模型对岩体结构面直剪试验进行了预测,模型预测结果与试验结果吻合良好,验证了模型的有效性和模拟能力.该模型概念清晰,参数易于确定,能够合理描述岩体结构面的非线性变形、塑性软化、弹塑性耦合、剪胀和磨损等主要力学特性.     

棘轮行为及其本构模型和工程应用的研究进展

棘轮行为(Ratcheting)是非对称应力循环加载下材料特有的一种非弹性循环变形特征,是结构安全性和寿命评估中必须考虑的一个重要因素,近二十多年来已经引起了国内外研究者的广泛重视.本文详细评述了近几年来循环棘轮行为的实验研究、本构模拟和模型的有限元实现以及工程应用方面的研究现状,并在此基础上对今后的研究方向提出了一定的建议.     

硅锰合金扭簧应力松弛行为研究

研制了矩形截面扭簧应力松弛试验装置并进行了多组高温实验;提出了可动位错密度函数,结合现有应力松弛位错理论提出了新的硅锰合金弹簧钢扭转应力松弛动力学方程;利用ABAQUS二次开发接口CREEP子程序,实现了将新的应力松弛动力学方程转化为基于隐式有限元法的修正时间硬化蠕变模型,对400℃下的硅锰合金弹簧钢扭转应力松弛行为进行了数值模拟;模拟结果表明,修正的时间硬化蠕变模型与试验结果吻合,扭簧表面的Von Mises应力随时间变化规律与试验中的扭矩随时间变化规律一致.     

修正的Bodner-Partom本构模型

对于含有微损伤的多孔介质,由于微裂纹和微孔洞的存在,从宏观角度看,非弹性体应变会随着外载荷的变化而发生改变,即非弹性体应变不应为零。本文修正了计及损伤效应的Bodner-Partom本构模型。并以修正的本构模型对LY-12硬铝材料受到电子束辐照时产生的热击波及材料的创伤破坏效应进行了理论计算,将计算值同实验结果比较表明,两者基本上是一致的。     

超塑变形的力学行为与本构描述

本文简要介绍了超塑变形的力学行为,包括宏观力学特征、变形机理及主要的微观组织变化;综述了超塑性本构关系的研究进展。