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.      

混凝土黏塑性动力损伤本构关系

从静力弹塑性损伤本构关系的基本框架出发, 综合考虑塑性应变与损伤 演化的率敏感性, 建立了能够较为全面地描述混凝土在动力加载条件下非线性性能的混凝土 黏塑性动力损伤本构模型. 为了考虑塑性应变的率敏感性, 基于Perzyna理论推导了有效应 力空间黏塑性力学基本公式, 采用改进的Perzyna型动力演化方程, 将损伤静力演化方程推 广到动力加载情形. 基于并联弹簧模型, 从概率论的角度推导给出了一维损伤静力演化方程, 并基于能量等效应变的基本概念将其推广到多维损伤演化. 利用数值模拟, 计算得到了 混凝土在不同应变率下的应力应变全曲线, 同时得到了一维动力提高因子和二维动力强度包 络图, 数值结果与试验结果的对比表明了该模型的有效性.     

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.      

泡沫铝率相关本构模型及其在三明治夹芯板冲击吸能特性的应用研究

高孔隙率泡沫铝芯体三明治板具有轻质、高比刚度和减振吸能等优良的力学特性和物理特性,被广泛地应用于碰撞吸能部件上.近年来,高孔隙率泡沫铝在动态压缩下是否具有应变率敏感性成为广大学者的研究焦点.论文建立了横观各向同性率相关本构模型来描述高孔隙率泡沫铝的应变率效应,给出了有限元的计算步骤,基于ABAQUS/Explicit平台开发了子程序VUMAT,并在单个单元模型中验证了计算结果的稳定性和可靠性.将其作为三明治板芯体的材料属性,研究了不同率敏感系数对整个结构冲击吸能能力的影响.结果表明,随着率敏感系数的增加,芯体吸收的能量也随之增加,而底面面板的变形会越小,再一次验证了该子程序可以用来描述泡沫铝的应变率效应.采用该率相关模型及其子程序VUMAT,可以对泡沫铝夹芯三明治板的冲击力学特性进行很好的有限元模拟,对工程实际应用具有一定的指导意义.     

MULTI-SCALE NUMERICAL MODEL FOR SIMULATING CONCRETE MATERIAL BASED ON FRACTAL THEORY

A new multi-scale numerical model is presented using the fractal theory and adopting FEM to simulate the failure of concrete.The relation between the fractal box dimension in large scale and the damage to concrete in small scale is deduced.And the evolutionary process of elastic modulus and strength in small scale is given.Consequently,the multi-scale numerical model is proposed to describe the constitutive relation of concrete between small scale and large scale.A two-dimensional static analysis of a concrete block is performed by using this model and the calculation result is discussed.The propagation of cracks of the concrete block is also studied.     

THE FATIGUE CONSTITUTIVE MODEL OF CONCRETE BASED ON MICRO-MESO MECHANICS

该文致力于混凝土疲劳损伤发展机理的微细观解释. 以速率过程理论为基础,通过考虑裂纹断裂过程区中的水分子动力作用,在细观尺度上建立了具有物理机理的疲劳损伤能量耗散表达式. 结合细观随机断裂模型,以宏观损伤力学为框架,建立了疲劳损伤演化方程. 通过数值模拟,计算了单轴受拉时的疲劳损伤演化以及不同加载幅度下的疲劳寿命. 与相关试验结果的对比显示出该文模型能够很好地表现混凝土材料的疲劳损伤演化过程.     

基于Khan-Huang模型高强度钢DP600率相关特性实验与本构模型研究

对汽车用高强钢DP600在10-4s-1~103s-1应变率范围内进行力学拉伸实验,在此基础上,采用唯象的方法对Khan-Huang本构模型进行修正建立DP600考虑率敏感效应的本构模型,对高应变率下试样的拉伸过程进行数值模拟验证模型有效性.结果表明,高强钢常温下具有明显的应变率敏感特性,高应变率下材料的屈服应力接近低应变率下的两倍.对Khan-Huang本构模型进行修正后可以比较准确地描述材料在不同应变率下力学行为,且参数容易确定,便于在有限元软件中实现接口,因此该模型可进一步应用于汽车的碰撞安全数值仿真中.     

混凝土化学-力学耦合作用的非局部损伤模型

提出了混凝土化学损伤和力学损伤的耦合模型.用损伤变量表示的本构关系模拟混凝土力学性能.分析了化学侵蚀下混凝土损伤发展过程.研究表明,应力软化造成混凝土局部损伤是结构失效的根源.局部化学损伤出现的时候,平衡微分方程不能满足.为了解决这个问题,采用了非局部损伤模型.试验和有限元计算结果表明,混凝土化学-力学耦合作用的非局部损伤模型能够较好地描述受化学侵蚀与荷载共同作用的损伤状态.     

混凝土变形与损伤的分析

本文首先对材料本构理论尤其是混凝土材料本构理论的研究现状进行丁评述,然后分析了混凝土的变形与损伤的物理机理及混凝土的几个重要而且特殊的本构现象,讨论了混凝土损伤、单侧受力特性、剪胀效应等的描述方法,最后介绍了几种混凝土损伤本构模型。      

纤维增强聚合物约束混凝土柱轴压本构模型研究新进展

较全面总结了纤维增强聚合物约束混凝土的本构模型最新进展,分析了各类模型的理论基础、特点、存在的问题,探讨了纤维增强聚合物约束混凝土轴压强度与变形规律、破坏机制等,总结了影响本构模型的主要影响因素,如约束应力的计算、纤维增强聚合物实际破坏应变值等,为今后对本构模型比较分析提供了基本框架.     

基于OTTOSEN准则的混凝土粘塑性力学模型

研究了混凝土的弹-粘塑性动态本构关系,提出一个应变率相关的非线性混凝土模型.模型改进Bicanic的混凝土塑性间断面变化规律和Ottosen的四参数屈服准则,建立冲击荷载下的混凝土本构方程,可以应用于地震和爆炸作用下混凝土材料响应的研究.根据混凝土动态实验结果对应变率和材料强度的关系提出合理假设,考虑以往被忽略的材料峰值应变和泊松比随应变率的变化.模型包含静水压力参数和动态塑性损伤因子,可以有效地反映混凝土的动态力学行为,为其动态问题的研究提供有益的思路和有效的工具.     

关于钢筋混凝土数值分析中的本构关系

本文对钢筋混凝土数值分析中的本构关系,包括混凝土的本构关系,钢筋的本构关系,钢筋与混凝土之间的粘结关系的研究现状作了介绍与评述,对今后的发展趋势发表了一些看法．      

MICROMECHANICAL DAMAGE MODEL FOR ROCKS AND CONCRETES SUBJECTED TO COUPLED TENSILE AND SHEAR STRESSES

Based on the analysis of the deformation in an infinite isotropic elastic matrix with an embedded elliptic crack under far field coupled tensile and shear stresses, the energy release rate and a mixed fracture criterion are obtained using an energy balance approach. The additional compliance tensor induced by a single opening elliptic microcrack in a representative volume element is derived, and the effect of microcracks with random orientations is analyzed with the Taylor＇s scheme by introducing an appropriate probability density function. A micromechanical damage model for rocks and concretes is obtained and is verified with experimental results.     

A MODEL FOR CONCRETE DURABILITY DEGRADATION IN FREEZE-THAWING CYCLES

Up to now, how to control the durability of concrete structures is still a pending research topic in civil engineering. Owing to the fact that concrete durability can be affected by many non-mechanical factors, it is very difficult to research durability only based on mechanics.However, the phenomenon of failure caused by non-mechanical factors is similar to that caused by loads. As frost durability reflects the comprehensive durability of concrete in a certain sense,the specific failure process is analyzed and a damage model is introduced, which can describe the durability degradation process of concrete in the whole freeze-thawing cycle.     

多晶金属材料的三维组集式弹塑性本构模型

本文从分析多晶金属材料的细观组织在弹塑性变形中的贮能和耗能机制入手,提出一个三维组集式弹塑性本构模型。该模型将材料单元抽象成沿三维空间各方向均匀分布组件的集合体,方向组件反映材料的细观性态并在宏观上协调变形,所有方向组件的内力总效应构成宏观应力。文中导出了显式的弹塑性本构关系,并与Budiansky的复杂加载试验结果及其它塑性模型进行了对比。     

THE USE OF VISCO-ELASTOPLASTIC DAMAGE CONSTITUTIVE MODEL TO SIMULATE NONLINEAR BEHAVIOR OF CONCRETE

A visco-elastoplastic damage constitutive model is proposed for simulating nonlinear behavior of concrete. Based on traditional plastic theory, the irreversible deformation is simulated in effective stress space. In order to reflect different stiffness degradation mechanism of concrete under tensile and compressive loading conditions, both tensile and compressive damage variables are introduced, and then on the basis of energy release rate, the model is firmly derived within the concept of irreversible thermodynamics. The rate-dependent model is considered by introducing viscous regularization into the inelastic strain and damage variable, and combined with an additional elastic condition. Fully implicit backward-Euler algorithm is used to perform constitutive integration. Results of numerical examples using the proposed model agree well with test results for specimens under uniaxial tension and compression, biaxial loading and triaxial loading. Failure processes of single-edge-notched (SEN) beam and double-edge-notched (DEN) specimen are also simulated to further validate the proposed model.     

型钢轻骨料混凝土粘结滑移本构关系研究

本文研究了型钢与轻骨料混凝土的局部粘结滑移本构关系. 在型钢表面刻槽贴应变片,并在与型钢应变片对应位置的混凝土表面贴应变片,由试验结果和分析：得到了型钢表面粘结应力沿锚固长度的负指数分布函数;绘制了局部滑移分布曲线;给出了加载端局部粘结滑移本构关系. 局部最大粘结应力主要与混凝土强度、配箍率、混凝土相对保护层厚度有关. 引入粘结滑移本构关系的型钢轻骨料混凝土梁有限元分析结果和试验结果吻合较好.     

钢筋混凝土平面杆件非线性分析模型及其应用

本文提出了五区段变刚度单元模型,连续五区段变刚度单元模型,并将其应用于钢筋混凝土平面高层结构的非线性地震反应计算。     

96.5Sn-3.5Ag 钎料合金的含非比例度的多轴时相关本构模型研究

基于96.5Sn-3.5Ag钎料合金的多轴时相关变形行为,提出了一个考虑其多轴变形特性的本构模型.在该模型背应力演化方程中,引入了非比例度对背应力演化率的影响,并提出了模型参数的确定方法.在室温下对96.5Sn-3.5Ag钎料合金进行了十字形、双三角形及椭圆形等拉扭组合非比例循环应变路径下的变形行为的本构模拟,并将预言结果与实验结果进行了比较.预言结果表明,该模型对于96.5Sn-3.5Ag钎料合金的多轴应变循环变形行为具有很好的预言能力.     

一种弹性粘塑性统一本构模型

在深入研究分析材料变形过程的基础上,对材料变形与选定描述材料变形内变量的问题进行探讨,在唯象法的基础上提出一种金属材料变形的粘塑性统一本构模型.用该模型对304不锈钢的变形过程进行模拟,其计算结果较Miller模型更接近实验结果.