UH模型切线刚度矩阵对称化及其应用

分析了目前常用的几种土的本构模型三维化方法以及变换应力方法的优势. 详细分析了用变换应力三维化本构模型非关联流动的本质, 针对因采用非关联流动法则而带来的本构模型切线刚度矩阵的非对称性, 建立了本构模型切线刚度矩阵的对称化方法. 将此方法应用于UH模型并进行了有限元分析, 进行了三轴伸长试验有限元分析. 通过以上分析比较发现, 切线刚度矩阵对称化方法能够明显改善有限元分析的收敛性, 缩短分析时间, 有着非常好的应用前景.      

一个非比例循环粘塑性本构模型

本文提出地一个考虑材料非比例循环附加强效应，非比例循环加载历史产应和应变幅值历史效应的粘塑性体构模型。在该模型中，引入了对加载过程非常弹性应变幅值的记忆变量ｑ；定义了新的非比例度；引入了考虑材料非比例度的循环饱和各向同性变形阻力参量Ｑｓ；对各向同性变开引入了具有先前加载历史记忆的演化方程，将本文模型用于１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ不锈钢高温循环变形行为描述，其预言结果与实验结果吻合得很好，表明该模型能很好     

加载历史对循环硬化的影响

本文研究了45#钢和LY-12CZ铝合金在室温条件下拉扭复合比例及非比例加载时的循环硬化特性,其结果表明不同加载路径循环硬化程度不同,纯扭硬化程度最小,圆形路径硬化程度最大。着重研究了不同循环历史对后面循环稳定应力幅值的影响。     

考虑路径相关性的非比例循环塑性本构模型

根据非比例加载下金属材料响应的延迟特性及加载路径相关性,选取沿应力迹法向的塑性应变的累积量作为非比例加载影响的度量,相应给出反映非比例附加强化的变量,并假设其模量和强化率与加载路径的几何参数相关．为反映由于非比例加载而引起的材料强化的异向效应,在Valanis的塑性内时响应方程中引入与加载路径几何性质有关的应力项,构成非比例循环塑性本构关系．对316和304不锈钢材料在一些典型非比例循环加载路径下的应力响应进行了理论预测,与Benallal等及McDowell的实验结果取得了良好的一致．     

青洲斜拉桥的基准动力有限元模型

讨论了斜拉桥有限元动力分析模型,给出了基于环境振动试验结果建立大跨度斜拉桥基准有限元模型的步骤;讨论了桥面初始平衡构型、几何非线性、桥面板、混凝土桥面板与钢梁的剪力连接和端部纵向约束对模型的影响。经通车前现场环境振动试验结果验证的青洲闽江斜拉桥三维有限元模型,反映了桥梁在运营前的真实动力行为,可作为该桥各种复杂响应分析和长期健康监测、使用状态评估的基准。     

矩形平面应力扩展有限元及其程序实施

扩展有限元法(XFEM)是一种新的求解不连续问题的数值方法,由于该方法建立在传统有限元法框架内,而且避免了不连续界面扩展时的网格重新划分,所以,近年来扩展有限元法是工程力学领域里的一个研究热点.本文基于Zi和Belytschko新近提出的一种不连续位移场假设,推导了求解粘着裂纹扩展问题的矩形扩展有限元公式和离散方程.提出了基于位移加载的直接迭代的算法来求解非线性有限元方程,并给出了详细的过程.编写了Fortran程序,模拟了三点弯曲梁开裂问题,得到的结果与已知文献结果吻合,验证了方法、公式和所编写的程序的正确性.     

一个考虑循环应变幅值历史效应的粘塑性本构模型

本文提出了一个考虑材料应变幅值历史效应的粘塑性本构模型。在该模型中，引入了三个具有不同演化速率的背应力演化方程；建立了非弹性应变幅值历史记忆模型，对各向同性变形阻力，引入了具有先前加载历史记忆的演化方程。将本文模型用于１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ不锈钢循环变形行为描述中，其预言结果与实验结果吻合得很好，表明该模型能很好地描述材料的循环应变幅值历史下的循环变形行为。     

三维结构在循环加载条件下弹塑性分区边界元法及其应用

本文发展了一种三维结构在单调和循环加载条件下的弹塑性分析的分区边界元法并完成了相应软件的开发。采用了改进的双面理论模拟循环加载条件下的材料性质,引进了有效的奇异积分数值处理方法和推广的返回向量法(作为双面本构理论的近似积分方法,最后,运用该软件对常用的工程构件——吊钩进行了应力应变分析,并与相应的实验结果作了较为详细的比较分析。     

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.     

一种非经典滑移模型及其应用

采用由弹簧和塑性阻尼器构成的简单机械模型建立了不采用屈服判据的滑移本构方程,并利用KBW自洽理论和一种混合平均方案得到了多晶体弹塑性的分析方法.此法不采用屈服判据 ,无需对滑移系的开动和滑移方向进行搜索,使计算过程简化.分析了316不锈钢在拉压-剪切二维塑性应变空间中典型路径下的循环响应特性,得到了与实验较为一致的结果.     

织构可调塑性本构模型标定及其应用

提出了利用率相关晶体塑性模型标定织相可调本构模型的求解步骤,得出了一组依赖于晶粒间相互作用假设而独立于具体板材织构的本构相关系数.以此为基础再结合板材织构系数所得出的本构模型系数可避免出现屈服面非外凸的情形.利用所提求解步骤对在不同热处理条件下产生不同织构的AL5052铝合金板的深拉成形过程进行了有限元模拟.结果再现了典型织构在板材成形过程中所出现的塑性各向异性,从而表明求解步骤的可行性.     

陶瓷材料动态压缩损伤本构模型

运用细观损伤力学理论,从动态压缩载荷下陶瓷材料内翼型裂纹的产生和扩展的损伤机理出发,建立了陶瓷材料的弹脆性动态损伤本构模型,给出相应的损伤演化方程.假设裂纹成核满足Weibull分布,讨论了成核分布参数、原始缺陷尺寸对材料动态断裂应力、断裂应变的影响,并用动态损伤演化模型计算了冲击载荷下AD90陶瓷的动态应力应变曲线,计算结果和实验结果符合很好.     

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.      

循环载荷下砂质土的本构模型

提出了一个描述砂质土循环载荷条件下主要特性的本构模型，并且采用不同围压下多种加载途径的土力学实验确定了模型中的待定材料常数，由本构模型的增量工数值积分计算所得到的理论曲线与不同应力路径下实验曲线十分接近，经实验验证这种本构模型能广泛地应用土工问题的弹－塑性有限元分析中。     

复杂加载条件下的砂土本构模型

试验表明,饱和砂土的应力应变关系具有显著的密度以及压力依存性,上述两点构成了描述砂土静力加载下变形特性无法忽视的因素. 此外,在循环加载等复杂加载作用下,砂土还会表现出明显的应力诱导各向异性以及相变转换特性. 基于在e--p空间中存在唯一的临界状态线这一基本假定,通过在e--p空间中引入当前状态点与临界状态线的距离R来作为反映密度与压力依存特性的状态参量, 将变相应力比以及峰值应力比表达为状态参量的指数函数,将上述应力比参量引入到统一硬化参量中可准确地反映初始状态下围压、密度 对于单调加载下应力应变关系的影响规律,能描述砂土剪缩、剪胀,应变软化、硬化等特性. 采用非相关联流动法则,p--q空间中采用水滴型屈服面,塑性势面为椭圆面,松砂在单调加载下的静态液化现象也可描述. 为反映循环加载下塑性体积应变的累积特性以及塑形偏应变的滞回特性,在循环加载下将状态参量R表达为应力比参量,并在硬化参数中引入描述应力诱导各向异性特性的旋转硬化部分,所提模型可有效地描述循环加载下剪切模量的衰减特性、刚度衰化性质、强度减小特性,在不排水约束作用下,则会产生往返活动性现象. 通过一系列的模型模拟与试验结果对比,验证了本构模型的有效性及适用性.      

一种岩石概率型本构及其应用

在岩石材料非均匀特性的基础上,建立了弹塑性概率材料本构．认为材料单元的切线模量与破坏强度都是服从二参数Weibull分布的随机量,通过用户材料子程序将该本构导入到LS—DYNA3D中,推导了程序流程,分析了导入过程中的关键技术．算例验证表明,应用该本构模拟得出的现象与实验观测完全一致,这是确定性本构无法实现的．     

随机有限元及其工程应用

本文较全面地对随机有限元（包括随机场的离散）的各种方法进行了述评,简述了基于随机有限元的可靠度计算方法,介绍了随机有限元在实际工程中的应用情况,最后对随机有限元的发展前景、发展方向提出了看法。      

构元组集损伤断裂模型及其与内聚区模型的比较

结构的响应实质上是材料的响应,宏观结构损伤至断裂的发展过程也是材料性质不断演化的结果.构元组集模型从材料的微观物理变形机制出发,基于对泛函势理论和Cauchy-Born准则,抽象出两种构元:弹簧束构元和体积构元.在微观层次上,结构损伤和断裂的实质都是原子间键合力减弱和丧失的结果,而弹簧束构元是同一方向上的原子键的抽象,因此损伤可以通过弹簧束构元的响应曲线来反映.组集两种构元的响应,建立了材料的弹性损伤本构关系,从而能一致描述材料从弹性到损伤、破坏的发展过程.将构元组集模型的本构关系嵌入ABAQUS的用户材料单元子程序UMAT,实现对结构响应的数值模拟.论文模拟了包含中心预制裂纹三点弯曲梁的裂纹扩展过程,并与内聚区模型比较,给出了内聚区模型所假设的应力-位移关系曲线,并从材料损伤演化的角度对材料裂纹扩展过程做出了物理解释.