塑性本构关系的应变路径理论

基于伊留申的两个假定,提出一个新的积分形式的塑性本构方程.由应变路径确定的应力偏量由二部分组成,它们各自按不同的规律变化.理论计算与近代实验的比较,得到令人满意的结果.本文提出的不是内时理论.     

岩土材料弹塑性正交异性损伤耦合本构理论

在不可逆热力学框架内建立了岩土材料的正交异性损伤塑性耦合宏观唯象本构理论。主要结果有：1）给出了耦合的塑性和损伤的演化律;2）从对含裂纹单元的细观分析入手,通过均匀化（Homogenization）处理,将损伤引入到Mohr-Coulomb条件下,模型同时考虑了损伤对剪切强度及摩擦角的影响,扩容现象则通过损伤应变来计算。     

论韧性材料的可膨胀塑性本构方程及分叉时塑性加载路径

文中证明所导出的可膨胀塑性本构方程是具有一般性的一种表达式。在此基础上论证了固体变形出现分叉时材料的本构行为总是顺从尽可能“软”的加载路径。     

非饱和土本构关系的混合物理论（I）——非线性本构方程和场方程

以混合物理论为基础建立了非饱和土非线性本构方程和场方程，把非饱和土作为3种组分构成的饱和混合物来研究，首先根据土力学成果提出了非饱和土混合物的基本假设，推导出适用于非饱和土混合物的熵不等式；然后采用混合物理论处理本构问题的常规方法得出了非饱和土非线性本构方程；最后把非线性本构方程代入混合物组分动量守恒定律，获得了非饱和土各组分运动的非线性场方程；并且给出了非饱和土混合物的能量守恒方程，从而形成了解决非饱和土混合物热力学过程的完备方程组。     

非饱和土本构关系的混合物理论(Ⅱ)--线性本构方程和场方程

通过对非饱和土非线性本构方程和场方程的线性化，推导出了非饱和土的线性本构方程和场方程，把线性方程表示为与Biot饱和多孔介质方程相似的形式；证明了Darcy定律对非饱和土的适用性；说明了Biot饱和多孔介质方程是这些线性方程的特征。所有这些都表明用混合理论处理非饱和土本构问题的正确性。     

非饱和土本构关系的混合物理论(Ⅰ)——非线性本构方程和场方程

以混合物理论为基础建立了非饱和土非线性本构方程和场方程.把非饱和土作为3种组分构成的饱和混合物来研究.首先根据土力学成果提出了非饱和土混合物的基本假设,推导出适用于非饱和土混合物的熵不等式;然后采用混合物理论处理本构问题的常规方法得出了非饱和土非线性本构方程;最后把非线性本构方程代入混合物组分动量守恒定律,获得了非饱和土各组分运动的非线性场方程;并且给出了非饱和土混合物的能量守恒方程,从而形成了解决非饱和土混合物热力学过程的完备方程组.     

塑性本构关系和塑性体积变形

在塑性本构关系的研究中,人们一直延用着单一曲线假设和维象理论的屈服条件.因此,不但使得塑性变形过程中的理论问题得不到解决,而且由此得到的本构关系只能近似地用于少数塑性性能很好的材料.本文在作者于1984年导出的σ_m,τ_p,S₂空间内对塑性变形进行分析,根据相似曲线假设和在σ_m,τ_p,S₂空间建立的更加理性化的屈服条件建立的全量本构关系,较好地描述了各种工程材料在各种应力状态作用下的塑性变形规律及塑性变形时的体积变化规律.根据σ_m,τ_p,S₂以及它们各自引起的变形的相互独立性,还较好地解决了偏离简单加载的问题,并从理论上提出了材料在拉伸时失稳的原因.使塑性力学中的几个疑难问题得到了解决.为建立一个与材料变形行为一致的更加理性化的新塑性理论体系奠定了基础.     

饱和多孔介质的超粘弹性本构理论研究

为了建立能考虑固体材料、多孔固体与流体可逆和不可逆变形的饱和多孔介质超粘弹性理论,以多孔固相为参考构型,以有效应力、材料真实应力和流相真实孔压作为状态变量,结合混合物均匀化响应原理获得各项均符合热力学功共轭特征的饱和多孔介质能量平衡方程,根据非平衡热力学熵分解理论求得熵流和熵产.结果表明,超弹塑性理论是该理论的一个特例;多孔固体的总变形可分为固相间隙和材料变形两部分,间隙应变与Terzaghi有效应力构成功共轭对,材料应变与材料真实应力构成功共轭对.饱和多孔介质的自由能可分为固相和流相两部分.当固相间隙和材料变形解耦时,固相所含的自由能又可分为间隙和材料两部分.证明了Skempton有效应力不是饱和多孔介质的基本应力状态变量.     

非线性各向同性弹性材料热应力本构方程

在非线性各向同性弹性体张量形式的本构方程基础上,仅考虑温度初值和增值,按照表示定理,补充考虑温度影响的完备项,建立了非线性各向同性弹性材料完备的多项式形式的热应力本构方程和应变能函数．作为应用举例,利用MATLAB软件,将本构方程与现有文献中高温金属材料单向拉伸和压缩情况下弹性阶段的实验数据进行了拟合,结果表明实验值与所提出的理论模型的结果显示了良好的一致性．     

无粘性土的应力矢量本构模型(Ⅰ)——理论

在充分考虑应力的矢量特性基础上,通过将应力矢量的作用效应分解为球应力作用效应与应力比矢量 (偏应力矢量与球应力之比)作用效应的叠加,建立了一个全新的、适用于无粘性土在平面应变和三维条件下的非线性本构模型。该模型可以同时考虑应力的数量和方向变化对变形的影响,既适用于单调静荷作用,也适用于往返动荷作用。     

基于内变量理论的电流变液本构关系

研究了电流变液的微结构本构关系.其理论框架是基于内变量理论和机理的分析.电流变液是由高介电常数的颗粒悬浮在某种液体中组成的.在电场作用下,极化的颗粒将沿着电场方向聚集在一起形成链状结构.颗粒聚集体的大小和方向将随外加电场和应变率的变化进行调整,因而可以通过建立起能量守恒方程和力平衡方程来确定颗粒聚集体的大小和方向的变化.那么,一个三维的、清晰的本构关系可以由相互作用能和系统的耗散能导出.具体考虑和讨论了在简单剪切载荷作用下的系统响应,发现电流变液的切变剪薄粘滞系数同系统Mason数之间近似于幂指数∝(Mn)-082的关系.     

一种非经典晶体塑性本构模型及其应用

根据不可逆变形过程中材料微结构的储能特性，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单晶本构关系·在此基础上形成了与ＫＢＷ自洽理论相应的多晶计算格式·计算格式中无需对滑移系的开动和滑移方向进行搜索，使计算过程大为简化·在多晶体分析中，提出了一种基于正２０面体各面内取向随机分布单晶响应的高斯平均和在空间完全均匀分布的２０个方向上算术平均的混合平均方案，与通常的纯高斯积分平均方案相比，在计算精度和效率上都有较大提高·用所发展的模型和算法分析了３１６不锈钢在具有代表性的路径下的循环塑性，得到了与实验相一致的结果·     

均值自洽理论与多晶本构模拟

本文提出了一种多晶体本构关系的近似理论分析框架——均值自洽模式,将仅适用于球形或椭球形固连夹杂均匀变形的Hill自洽模型推广到适用于任意形状夹杂(固连或滑错)的情况.立方体晶粒多晶体和界面可自由滑错球形晶粒多晶体的本构模拟结果表明了该理论的合理性与可行性.     

基于滑移与微纤维伸缩两种耗能机制的弹塑性本构模型

本文考虑了固体材料内以拉压和滑移方式消耗变形功的两种主要物理机制,提出了用纤维构元与滑移构元共同组集的弹塑性材料模型.两种构元都是单自由度变形体,其力学性质及塑性变形中的耦合硬化系数可由传统的材料力学实验确定.各种取向的构元在三维空间中均匀分布,并与宏观应变协调变形.从模型结构的力学响应导出了全量型和增量型本构方程,不必预先设定加载函数(塑性势函数).构元经历的变形历史与其取向有关,作为组合效应的应力应变关系能反映加载路径的影响.因此,本文得到的本构方程既保持了简洁的数学形式,又能模拟复杂加载条件下材料的宏观弹塑性力学行为. 本文预测了几种多晶金属材料在典型复杂加载路径下的应力应变响应与后继屈服面,与实验结果吻合良好.     

考虑主应力轴旋转的土体本构关系研究进展

对目前国内外考虑主应力轴旋转的试验研究及本构模型研究进行了总结分析,并对进一步研究提出了相应的建议．基于不同的加载条件,从纯主应力轴旋转和耦合主应力轴旋转两个方面,较全面的描述了主应力轴旋转情况下土体的基本变形特性,并对考虑主应力轴旋转的土体变形试验提出了进一步研究的建议．较为系统地评述了当前较有代表性的考虑主应力轴旋转的土体本构模型（边界面模型、多机构模型、运动硬化模型和广义塑性模型）,得出了广义塑性模型更适合用来描述考虑主应力轴旋转的土体变形特性的结论．总结未来考虑主应力轴旋转的土体本构关系研究的主要方向是:把握主应力轴旋转情况下土体变形的本质特性,建立推理严密、形式简单、适用方便的本构模型,并用来指导工程实践．     

无粘性土的应力矢量本构模型(Ⅱ)——应用

将史宏彦等提出的无粘性土的应力矢量本构模型应用于分析多种复杂应力路径下材料的变形问题。结果表明，此模型不仅能够很好地反映无粘性土的应力应变非线形、硬化性、剪缩剪胀性、与应力路径的相关性、主应力与主应变增量方向之间的非共轴性以及球偏应力与变形的耦合性等主要变形特性，而且也能够同时考虑主应力轴的旋转和中主应力对土的变形及强度的影响。模型预测结果与试验结果之间的良好吻合表明了该模型的广泛适用性。     

单轴作用下岩土材料的双重介质本构模型

基于弹塑性力学和损伤力学理论,将岩土材料视为孔隙-裂隙双重介质,假设孔隙介质不发生损伤,而裂隙介质随应变的增加发生损伤,建立了单轴作用下岩土类材料的双重介质本构模型隐式表达式,并利用Newton迭代法得出了材料的全程应力-应变曲线．分析结果表明,岩土材料中裂隙空间展布的多态性（均匀展布、集中展布和随机展布）是岩土材料本构关系千变万化的根本原因．由于双重介质本构模型将岩土材料的弹性主体（孔隙介质部分）和损伤主体（裂隙介质部分）分化开来,对于研究岩土或含损伤材料的破坏具有实用价值和理论意义．     

黏弹性材料本构方程的广义分数阶单元

提出广义分数阶单元网络, 取消了Schiessel等人所提出的分数阶单元法对参数的限制, 增加了“协调方程”, 将模型解的构造扩充到广义函数空间, 使其包含更多的具有明显物理意义的解. 应用并发展了离散求逆Laplace变换的方法, 给出了模型方程的广义解. 讨论了广义分数阶单元网络Zener, Poyinting-Thomson模型. 结果表明, 有关黏弹性材料本构方程经典的和前人所得的经典整数阶和分数阶单参数模型的所有结果均可作为本文的特例而被包括.     

正交各向异性材料的混合硬化弹塑性本构方程

建立了混合硬化正交各向异性材料的屈服准则,进而推导了与之相关的塑性流动法则.根据简单应力状态的实验曲线,可得到广义等效应力-应变关系.初始屈服曲面与材料的弹性常数有关,材料退化为各向同性且只考虑各向同性硬化时,屈服函数退化为Huber-Mises屈服函数,相关的本构方程退化为Prandtl-Reuss方程.     

混凝土材料的粘塑性损伤本构模型

基于不可逆热力学,引入运动硬化、等向硬化和损伤内变量,构造了相应的自由能函数和流动势函数,推导出了混凝土材料的粘塑性损伤本构模型．数值模拟的结果表明,该模型能够避开屈服面和破坏准则的基本假设来描述混凝土材料的以下特性:压缩载荷作用下的体积膨胀现象;应变率敏感性;峰值后由损伤和破坏引起的应力软化和刚度退化现象A·D2由于此模型避开了根据各种变形阶段选择与其相应的本构模型的繁琐计算,因此更便于纳入复杂工况下应力分析有限元程序中．