弹脆性材料的损伤本构关系及应用

本文根据连续损伤力学方法,对弹脆性材料损伤的力学响应进行一般分析。理论分析中,材料与损伤都是各向异性的。还导出了计算损伤张量、有效弹性张量、真实应力张量以及损伤能耗率张量的实用表达式。     

基于近场动力学理论的准脆性材料的本构力函数的构建

近场动力学理论(PD)是基于非局部思想的连续介质力学新理论,用于研究材料破坏问题。根据准脆性材料破坏的线性和非线性的力学行为,在初始微观弹脆性材料(PMB)的本构力函数中引入了键的损伤模型,将键的断裂过程分成了线性的弹性变形阶段和非线性的损伤变形阶段,以此构建了准脆性材料的本构力函数的基本形式。以典型的准脆性材料为例构建了其本构力函数,通过在压缩载荷下对含预制不同角度单裂纹缺陷的类岩材料的裂纹扩展进行PD数值模拟仿真,裂纹起裂位置和扩展方向与试样试验结果在一定程度上保持了一致,证明了该基于近场动力学理论的典型准脆性材料的本构力函数可用于该类材料的破坏分析。     

含损伤材料的热粘塑性本构关系和柱壳破裂研究

以含内变量的本构关系理论为基础 ,结合材料损伤演化方程 ,并考虑了温度和损伤对材料参数的影响 ,得到了增量形式的热粘塑性本构关系的普适显式表达式。然后使用Bodner幂函数型粘塑性模型 ,具体推导了其增量形式的热粘塑性本构方程。接着结合在实践中有重要意义的内部爆炸载荷作用下的柱壳破裂问题 ,建立了含损伤热粘塑性柱壳破裂问题的完备方程组 ,使用有限差分方法 ,完成了对问题的数值模拟 ,并对结果进行了分析。计算结果与实验结果符合良好。     

结构钢损伤本构关系的研究

回顾了结构钢损伤模型的发展史,提出了一种新的本构模型－结构钢弹塑性各向异性损伤本构模型,该模型采用混合强化准则,考虑Bauschinger效应,屈服平台、硬化（软化）效应及损伤和损伤演化影响。算例分析结果表明本文模型能够客观地反映结构钢在循环荷载作用下的工作性能、适用于进行钢结构及构件在循环荷载作用下弹塑性反应分析。     

正交各向异性材料的弹塑性损伤本构关系

基于弹塑性力学和损伤理论,建立了一个与应力球张量有关的正交各向异性材料的混合硬化屈服准则,该准则无量纲化后与各向同性材料的Mises准则同构,在此基础上,进而建立了混合硬化正交各向异性材料的增量型弹塑性损伤本构方程,并以具局部损伤的正交各向异性矩形薄板为例,采用Galerkin法和迭代法,对其弹塑性屈曲问题进行了分析,讨论了局部损伤对正交各向异性矩形薄板弹塑性屈曲临界应力的影响.      

混凝土的一种标量损伤弹塑性本构模型

荷载作用下材料性能的劣化是混凝土结构的微观损伤机理,其宏观表现为结构刚度的折减和承载力的降低。论文推导了基于不可逆热力学过程的弹塑性标量损伤本构,给出时间离散的屈服准则。采用基于向后Euler法的应力更新算法——两步图形返回的最近点投影法,推导了满足迭代结果收敛假设的塑性参数及算法刚度张量,给出了空间梁单元本构积分算法的Jacobi矩阵。将模型用于混凝土简支梁的承载力试验模拟,与计算数据对比表明了模型和算法的合理性和有效性。     

混凝土冻融损伤本构模型研究

基于各向同性连续损伤力学理论,以损伤条件下的弹性模量和泊松比为变量,基于Ottosen理论模型建立了混凝土冻融损伤破坏准则,并以Ottosen本构理论模型为基础,利用建立的冻融损伤破坏准则构建了混凝土冻融损伤本构模型,并编制了本构模型有限元程序,经过试验验证模型计算结果较为准确,为有限元计算和冻融作用后混凝土结构模拟应...     

脆性固体非弹性和软化性能的损伤本构模拟

本文概要地介绍了作者近年来在脆性固体粘塑性损伤本构模型方面的工作。首先，通过假设损伤率依赖于粘塑性应变率和应力变化率，提出了一个考虑损伤演化及其对材料力学性能的影响的粘塑性损伤本构模型。     

热力学相容的混凝土各向异性单边损伤模型

微裂缝演化(损伤)引起的各向异性和单边效应,对于混凝土材料和结构的变形和内力有非常重要的影响. 在描述单边效应时,已有的各向异性损伤模型均会得出与热力学基本原理相矛盾的结论即损伤卸载时能量耗散不为零. 基于不可逆热力学和内变量理论,直接以材料柔度张量的增量作为损伤内变量,建立了各向异性单边损伤模型的一般形式,给出了热力学相容的投影算子,推导了模型的率本构关系.文中详细发展了模型的Newton-Raphson数值实现算法及其算法一致性模量,建立了合理的损伤准则和演化法则并应用于混凝土材料. 数值模拟结果初步验证了建议模型的有效性. 需要说明的是,模型完全构筑于热力学基础上,无需引入应变 等效或应变能等效等经验性假定.      

混凝土静力与动力损伤本构模型研究进展述评

对混凝土材料在静力和动力载荷作用下的损伤本构关系模型进行了评述.梳理了混凝土本构关系研究的历史脉络和逻辑脉络;归纳总结了在混凝土本构关系研究发展过程中具有代表性意义、并且对重大工程建设具有参考意义的若干混凝土静力和动力损伤本构模型.基于对混凝土材料非线性及随机性的理解和诠释,阐述了混凝土静力和动力本构关系研究的发展趋势.      

含损伤的冻土本构模型及耦合问题数值分析

从复合材料的细观力学机理出发,建立了含损伤的冻土弹性本构模型. 对于在不同冰体积 含量和不同温度下的冻结砂土,由该损伤本构模型计算的结果与实测的应力-应变曲线比较 吻合. 利用自主开发的程序,分别对渠道冻结和冻土路基的水分场、温度场、应力场3场耦 合进行数值模拟,得到了比较准确、详尽的符合实际的温度场与应力场、位移场、应变场耦 合的计算结果,与前人的计算及实测结果相符合,规律一致. 表明该程序能够计算冻土材料 的相关物理量,并能很好地描述这些相关物理量之间的关系.     

基于微结构损伤的珠光体材料本构行为研究

珠光体材料由许多随机取向的珠光体团组成,每一珠光体团又由铁素体片和渗碳体片交替 叠合而成. 实验表明具有较小片层间距的珠光体材料具有较高的强度和寿命. 通过分析构成 珠光体团的各相及界面的损伤特征,利用损伤耗散功的概念,得到了铁素体、渗碳体与界面 损伤的具有统一形式的演化规律,将其嵌入基于细片层微结构和非经典塑性理论的珠光体团 的弹塑性本构方程,利用Hill自洽方法,得到了珠光体材料的损伤本构描述. 所得到的损 伤本构描述显含表征微结构特征的片层间距,容易证明具有较小片层间距的珠光体材料具有 较好的综合力学性能. 对珠光体材料的拉伸和循环拉压特性进行了分析,得到了与实验一 致的结果.     

考虑滞弹性的蠕变—塑性交互本构模型

基于CCP模型和对滞弹性描述的结合,统一考虑了滞弹性、蠕变和塑性耦合。通过对304不锈钢高温下的非比例循环加载蠕变响应进行的分析,验证了所用方法的有效性。     

大变形下初始斜交异性本构方程

采用材料主轴法,建立了初始斜交异性材料在变形构形(Euler描述)下的斜交异性本构方程,以及在初始构形(Lagrange描述)下的形式.具体给出了斜交异性线弹性材料方程的显式,它在Lagrange描述下形式简洁,可方便地用于有限元计算.文中指出,在变形构形下是线弹性的材料,在Lagrange描述下其本构方程一般已成为非线性,我们称之为本构转换非线性.这种非线性在实际的有限元计算中还未引起重视.为理论简明,本构方程是对二维给出的.     

一个简单的描述循环塑性的本构模型

本文提出了一个数学表述简单,易于应用,描述循环塑性的能力及对材料的适应能力都较强的唯象本构模型。     

各向异性损伤力学中的弹塑性分析

提出了一套分析损伤力学问题的各向异性弹塑性理论公式 及其相应的有限元分析.通过对各向同性及各向异性损伤力学的数值算例的分析说明该理论公式的适用性.     

形状记忆合金的一种基于经典塑性理论的两相混合本构模型

形状记忆合金由马氏体相和奥氏体相动态组成,其行为实质上是两相各自行为的动态组合.根据实验现象,假设在一定的变形范围内,马氏体相为弹塑性而奥氏体相为线弹性,基于经典塑性理论和混合物理论,结合Tanaka的相变描述,得到了形状记忆合金的一种本构描述.对不同温度下形状记忆合金Au-47.5at.%Cd的铁弹性、拟弹性和形状记忆特性进行了分析,取得了与实验相吻合的结果.     

一类新的超弹性-循环塑性本构模型

目前,很多经典的超弹性-有限塑性本构模型已被提出,但由于超弹性理论中中间构型的引入使得随动硬化法则相对复杂,故多数文献均采用的是经典的Armstrong-Frederick(A-F)随动硬化法则.本文基于已有的本构理论,利用多机制过程的概念拓展了Lion塑性变形分解理论,明确提出了多重中间构型的概念,并在此基础上,对经典理论中客观性的定义进行了概念上的推广,使其更好地适用于超弹性本构理论分析,同时提出了一类新的超弹性-有限塑性本构模型.这类本构模型满足热动力学法则,且可融合多种小变形循环塑性理论中常用的随动硬化法则(如经典的A-F模型,Chaboche模型,Ohno-Wang(O-W)模型以及Karim-Ohno(K-O)模型等),使得小变形理论中背应力的加法分解性质及其演化的临界面阶跃特性在大变形领域中均有所体现,故本文提出的本构理论可看作是小变形循环塑性模型在大变形理论中的扩展.本文最后以K-O模型为例,对推荐模型进行了详细探讨,并与相应的次弹性模型进行了对比.