ELASTO-PLASTIC CONSTITUTIVE MODEL OF SOIL-STRUCTURE INTERFACE IN CONSIDERATION OF STRAIN SOFTENING AND DILATION

The behavior of soil-structure interface plays a major role in the definition of soil-structure interaction. In this paper a bi-potential surface elasto-plastic model for soil-structure interface is proposed in order to describe the interface deformation behavior,including strain softening and normal dilatancy. The model is formulated in the framework of generalized potential theory,in which the soil-structure interface problem is regard as a two-dimensional mathematical problem in stress field,and plastic state equations are used to replace the traditional field surface. The relation curves of shear stress and tangential strain are fitted by a piecewise function composed by hyperbolic functions and hyperbolic secant functions,while the relation curves of normal strain and tangential strain are fitted by another piecewise function composed by quadratic functions and hyperbolic secant functions. The approach proposed has the advantage of deriving an elastoplastic constitutive matrix without postulating the plastic potential functions and yield surface. Moreover,the mathematical principle is clear,and the entire model parameters can be identified by experimental tests. Finally,the predictions of the model have been compared with experimental results obtained from simple shear tests under normal stresses,and results show the model is reasonable and practical.     

DAMAGE MODEL FOR HARDENING AND SOFTENING MATERIAL IN GENERAL STATE OF STRESS

The present paper is aimed to simulate progression of damage,hardeningand softening response in brittle materials such as concrete or rock in general state ofstress.Similar shape of surfaces for yield,failure and damage progressing areavailable,and softening strain is treated as plasticity.Then,the proposed model isapplied to solving several boundary value problems.     

基于颗粒离散元法的连接键应变软化模型及其应用

基于颗粒间的有限接触假设,提出了可表述颗粒间力、力矩传递的连接键模型. 为了表征连接键的塑性、损伤及断裂过程,在连接键中引入了考虑应变软化效应的Mohr-Coulomb 准则及最大拉应力准则. 单一连接键的单向拉伸测试及直剪测试表明了上述连接键应变软化模型的计算精度. 研究了颗粒体系的宏观应变能与颗粒平均配位数的对应关系. 通过计算发现,对于二维颗粒体系,当平均配位数为5 时,颗粒体系的宏观应变能与相同参数下连续介质方法(如有限元等) 计算获得的应变能基本一致. 利用上述连接键应变软化模型对岩石的单轴压缩过程进行了模拟,计算结果表明:岩石单轴压缩的应力应变曲线经历了线性上升段、非线性上升段、非线性下降段及缓变段等4 个阶段,并给出了上述4 个阶段与岩石内部损伤破裂状态的内在联系. 计算结果还表明,随着断裂应变的增大,岩石的破裂模式逐渐由拉剪复合型破裂向单一压剪型破裂转化;随着断裂应变的增大,峰值应力及达到峰值应力时的应变均逐渐增大,但峰值时的破裂度及终态时的破裂度将逐渐减小.      

A new damage model for microcrack-weakened brittle solids

In the present paper, a micromechanically based damage model for microcrack-weakened solids is developed. The concept of the domain of microcrack growth (DMG) is defined and used to describe the damage state and the anisotropic properties of brittle materials. After choosing an appropriate fracture criterion of microcrack, we obtain the analytical expression of DMG under a monotonically increasing proportional plane stress. Under a complex loading path, the evolution equation of DMG and the overall effective compliance tensor of damaged materials are given. The project supported by National Natural Science Foundation of China     

土的应力-应变关系的一种描述模式

通常将由土的剪切试验测得的应力-应变关系曲线(q～ε1曲线)分为应变硬化型和应变软化型,文中提出了一种能同时描述应变硬化型q～ε1曲线和应变软化型q～ε1曲线的新模式,并导出了统一的切线模量表达式,进一步探讨了该应力-应变关系曲线描述模式在拟合应变硬化型曲线时的简化形式,及简化形式中参数取值方法和参数与围压的关系等方面的问题。通过与邓肯-张模型和应变软化模型的对比,结果表明该应力-应变关系曲线描述模式能更好地与试验数据吻合,且用其简化形式拟合应变硬化型曲线时,可以通过调整其中一个参数值来表达出不同的曲线形式,从而体现出土体应力-应变关系的多样性。该应力-应变关系描述模式为发展更一般的非线性弹性模型提供了一定的理论基础。     

一个综合模糊裂纹和损伤的混凝土应变软化本构模型

本文研究就变软化材料的本构关系，提出了一个考虑损伤的粘塑性模型，损伤不仅影响材料的临界应力，而且影响材料的粘塑性，为模拟材料的应变软化行为，假设受损混凝土的破坏局部区域由模糊裂纹和损伤所统治，软化模量和局部区域尺度参量依赖于模糊裂纹扩展时释放的断裂能的参变量，用文中提出的模型计算了混凝土单轴压缩时不同应变速率下的瞬时应力应变响应以及等应力长期作用下的徐变，均得到很的结果。     

MICROMECHANICAL MODELLING OF PHASE TRANSFORMATION BEHAVIOUR OF A TRANSITIONAL SOIL

Experiments show that silts and silty soils exhibit contraction followed by dilation during shearing and the slope of failure line decreases at large strains, termed as phase transformation behaviour. This paper is to develop a new micromechanical stress-strain model that accounts for the phase transformation behaviour by explicitly employing the phase transformation line and its related friction angles. The overall strain includes plastic sliding and plastic compression among grains. The internal-friction angle at the phase transformation state and the void state variable are employed to describe the phase transformation behaviour. The model is examined by simulating undrained and drained triaxial compression tests performed on Pitea silts. The local stress-strain behaviour for contact planes is also investigated.     

软煤拉伸应力-应变关系的实验研究

提供一种用于测量软煤或土的抗拉强度、拉伸应力 应变关系等拉伸特性的实验装置．利用模具压制出均匀的煤环试件，对煤环内壁施加均布径向水压力使其拉伸变形和破坏．根据实验结果，提出了弹脆性拉断破坏的理论模型，并据此对煤的抗拉强度、弹性常数以及等效孔隙压力系数等进行了分析和讨论．实验数据稳定可靠，散布小，重复性好，说明所提供的实验装置和实验方法简单而有效．     

脆性颗粒材料的应变率效应机理研究

利用分离式Hopkinson压杆（SHPB）,对干燥石英砂进行了被动围压下的动态压缩实验,发现石英砂表现出了明显应变率效应。通过激光粒度分析测量了动静态压缩后的试件的级配曲线,发现同一应力水平下准静态压缩比动态压缩后的试件的颗粒破碎量更大。而通过拟合相对破碎率与外力功之间的关系,发现准静态压缩在颗粒破碎方面能量利用率更高也即破碎效率更高,而这正是脆性颗粒材料应变率效应的本质原因。     

准脆性材料的弹塑性各向异性损伤耦合本构模型研究

针对准脆性材料的非线性特征,在热动力学框架内,建立了准脆性材料的弹塑性与各向异性损伤耦合的本构关系.对准脆性材料的变形机理和损伤诱发的各向异性进行了诠释,并给出了损伤构形和有效构形中各物理量之间的关系.在有效应力空间内,建立了塑性屈服准则、拉压不同的塑性随动强化法则和各向同性强化法则.在损伤构形中,采用应变能释放率,建立了拉压损伤准则、拉压不同的损伤随动强化法则和各向同性强化法则.基于塑性屈服准则和损伤准则,构建了塑性势泛函和损伤势泛函,并由正交性法则,给出了塑性和损伤强化效应内变量的演化规律,同时,联立塑性屈服面和损伤加载面,给出了塑性流动和损伤演化内变量的演化法则.将损伤力学和塑性力学结合起来,建立了应变驱动的应力-应变增量本构关系,给出了本构数值积分的要点.以单轴加载-卸载往复试验识别和校准了材料常数,并对简单试验进行了预测,结果表明,所建本构模型对准脆件材料的非线性材料性能有良好的预测能力.     

晶须增韧陶瓷基复合材料中微裂纹演化规律的描述

本文利用作者改进的等效夹杂理论和内容量理论，研究了晶须增韧陶瓷基复合材料中随机分布微裂纹的演化规律及其对材料力学性能的影响，同时考虑了热残余应变、晶须含量及长径比的影响，预报了材料的模量、非线性起始点、材料强度及非线性本构关系，给出了许多有意义的结论。     

磁致伸缩材料的非线性本构关系

给出了磁致伸缩材料的两个非线性本构关系,即标准平方型和双曲正切型。在确定一维问题的本构系数时,基于已有的实验结果,引进一个材料函数,用来描述磁致伸缩材料的压磁系数随预应力变化的关系。将非 线性本构关系的理论模型计算结果与实验曲线对比,结果表明标准平方型本构关系在中低磁场下能精确地模拟实验曲线,而双曲正切型本构关系在高磁场时能反映材料的磁致应变饱和现象。讨论了在标准平方型本构的一般三维情形,给出了确定本构系数的方法。     

损伤弹性材料的有效模量及本构关系

考虑了微裂纹之间的相互作用,利用随机熔断丝网络（Ｒａｎｄｏｍｆｕｓｅｎｅｔｗｏｒｋ）作为模型,模拟了脆性材料在外载荷作用下,其有效模量随损伤的演变行为,并考察了系统含损伤的本构关系。发现在损伤初期,有效模量和损伤具有线性下降关系;而在后期,由于损伤局部化,有效模量迅速下降,提出了一个有效模量随损伤变化的非线性关系。讨论了利用网络模型来研究材料含损伤本构关系的可行性和优越性。     

含圆孤裂纹系的压电材料反平面应变问题

应用复变函数解析延展原理，并通过求解Ｒｉｅｍａｎｎ－Ｈｉｌｂｅｒｔ问题，得到了含圆弧裂纹压电材料反平面应变问题的一般解，对单个圆弧裂纹的情形，给出了封闭形式的复函数解和场强度因子，结果表明，当无限远处或裂纹表面同时受机械载荷（应力τ＾∞或Ｔｚ）和电载荷（电位移Ｄ＾∞或电荷ｑ）联合作用时，应力强度因子仅与机械载荷有关，而电位移动强度因子仅与电载荷有关。     

高能材料动态力学性能的研究

采用自制的高能材料动静态变温三轴、单轴压缩试验装置、在熔点以下温度,以及在中等应变速率（２～４／ｓ）和准静态（３１０￣（－３）／ｓ）条件下测试了ＴＮＴ材料三轴、单轴压缩力学性能参数。试验结果表明,ＴＮＴ材料具有明显的应变率相关和热软化效应。在单轴压缩条件下,ＴＮＴ材料是脆性破坏,断裂强度小于屈服极限;在三轴压缩条件下,试件有较大的塑性变形。根据试验结果拟合了ＴＮＴ材料随着加载速率和环境温度变化的本构关系,分析表明该本构关系可以很好地描述材料的应变率、温度效应。     

弹塑性损伤模型在应变局部化分析中的应用

非局部本构理论是为了有效地模拟应变局部化现象而提出并被广泛采用的理论模型．将目前已有的模型归为两大类,一是面积加权平均的非局部非弹性模型;二是梯度依赖的非局部模型．经过对这两大类模型的比较研究,发现Aiflantis模型用于非均匀材料的局部化现象数值模拟时是一个较为理想的模型,但该模型还有需改进之处．     

用于准脆性材料破坏过程数值模拟的虚拟连接单元法

将有限变形单元与虚拟连接单元相结合,用于模拟准脆性材料破坏过程.首先基于精确的有限变形理论,采用第二类Piola-Kirchhoff应力与Green-Lagrange应变作为能量共轭的应力、应变对,推导出虚拟连接单元的单元刚度矩阵;通过数值算例,验证该单元的正确性与合理性,给出虚拟连接单元高度的取值范围,并与无此单元时的数值结果对比,给出误差分析;最后对典型的混凝土梁三点弯曲问题进行了数值模拟,其裂纹的产生、扩展与文献结果一致,论文为结构破坏过程的数值模拟提供了新方法和新思路.     

含微裂纹弹性体的应力应变关系

本义建立了考虑裂纹闭合和裂纹表面摩擦影响的含微裂纹弹性体的应力应变关系，给出了柔度张量增量的显式表达式。对于二维平面应力和平面应变状态，给出了等效工程弹性系数。数值计算结果表明，裂纹闭合和裂纹面摩擦对裂纹体的应力应变关系和等效工程弹性系数有重要影响。     

含能材料装药的损伤及力学性能研究进展

研究含能材料的损伤和力学性能对于指导含能材料配方和结构件设计,以及对含能材料进行安全性评估和寿命预测等都具有重要的意义.损伤一方面使含能材料的力学性能劣化,另一方面还影响含能材料的感度、燃烧甚至爆炸性能.本文对含能材料损伤和力学性能的研究现状进行了综述和归纳.对含能材料损伤的产生、实验模拟、主要损伤模式,损伤对含能材料的感度和燃烧性能等的影响,炸药单相材料的性质,影响含能材料力学性能的因素以及损伤本构关系等进行了介绍.对其中的一些关键问题和热点问题进行了分析,并对今后需要开展的工作发表了一些看法.      

刚性微粒填充的高聚物非线性粘弹性本构关系的微力学分析

在应变具有可加性条件下,本文分析表明Eshelby线性微力学理论,包括其等效包含体方法和相应的平均化方法可推广应用于研究高刚度微粒填充高聚物的非线性粘弹性本构关系。