冻结黏土单轴抗压试验及损伤本构模型分析

从冻土微元破坏服从Weibull随机分布的特点出发,将Mohr–Coulomb强度准则作为冻土微元统计分布变量,利用应变等价性假说,建立了单轴应力状态下冻结黏土损伤本构模型;在此基础上,讨论了模型参数和弹性模量与冻结温度的关系,对模型参数和弹性模量进行合理修正,建立了温度影响下的冻结黏土损伤本构模型,并与试验结果进行对比。分析结果表明:考虑温度效应的损伤本构模型能很好地模拟冻结黏土应力–应变全过程曲线,具有很好的适应性。     

UNIAXIAL COMPRESSION TEST AND DAMAGE CONSTITUTIVE MODEL FOR ANALYSIS OF FROZEN CLAY 1)

从冻土微元破坏服从Weibull随机分布的特点出发,将Mohr--Coulomb强度准则作为冻土微元统计分布变量,利用应变等价性假说,建立了单轴应力状态下冻结黏土损伤本构模型;在此基础上,讨论了模型参数和弹性模量与冻结温度的关系,对模型参数和弹性模量进行合理修正,建立了温度影响下的冻结黏土损伤本构模型,并与试验结果进行对比。分析结果表明：考虑温度效应的损伤本构模型能很好地模拟冻结黏土应力--应变全过程曲线,具有很好的适应性。     

冻土的有限变形本构关系的实验研究

根据有限变形理论,给出了冻土三轴蠕变实验数据处理时所需Green应变和Kirchhoff应力的计算公式,并根据冻土三轴蠕变实验结果给出冻土的有限变形本构关系及其蠕变参数。通过对冻土的实验数据对比分析可知:在相同试验条件下,应变较小时,小应变ε1 和Green应变Ez的数值几乎相等,随着应变的增加,两种表征方式的计算结果差别越来越大,可见对于冻土如果不考虑试件变形前后长度的变化,计算得出的应变偏离实际变形情况较大,因此冻土材料的本构关系采用有限变形表征更确切。根据冻土的有限变形本构关系计算得到的冻结壁内侧最大径向位移更接近实测结果,因此冻结壁设计计算依据冻土的有限变形本构关系更为合理。对今后冻结工程的设计具有参考价值。     

2D-C/SiC复合材料的单轴拉伸力学行为及其强度

通过单调拉伸和循环加卸载试验, 研究了平纹编织C/SiC复合材料的损伤演化过程及其应力-应变行为. 结果表明, 残余应变、卸载模量和外加应力的关系曲线与拉伸应力-应变曲线具有类似的形状. 基于剪滞理论和混合率建立了材料的损伤本构关系和强度模型, 分析计算表明, 残余应变主要由裂纹张开位移和裂纹间距决定, 而卸载模量主要由界面脱粘率决定; 材料的单轴拉伸行为主要由纵向纤维束决定, 横向纤维对材料的整体模量和强度贡献较小. 理论模拟结果与试验值吻合较好.      

混凝土SHPB试验数值模拟研究

基于混凝土HJC动态本构模型,分析了该模型方程及参数获得方法,以混凝土材料的基本力学参数确定了HJC模型中各参数值,并运用LS-DYNA软件完成混凝土SHPB试验的三维数值模拟.对比分析数值模拟结果重构所得试样的应力应变曲线与实际试验结果的相似性,研究表明,数值模拟结果可再现试验中混凝土的动态力学行为与破坏特征,而且,数值模拟可很好的反映应力波在波导杆与试件中传播过程,符合一维弹性波理论规律.     

混凝土HJC本构模型参数的研究

运用非线性有限元动力分析软件LS-DYNA模拟了混凝土SHPB试验.将试验采集的入射波数据作为压杆的端面载荷,模拟条件尽量符合试验条件,确保模拟精度.将数值模拟与试验结果相结合,研究了混凝土HJC模型参数的确定方法,得到了C60混凝土的相关计算参数,模拟结果得到的应力-应变曲线与不同应变率下混凝土SHPB试验应力-应变曲线吻合较好.分析了HJC模型的本构特性,比较了与金属JC模型的差异与共性,讨论了HJC模型存在的问题.研究结果表明,未考虑混凝土弹性响应的应变率效应,横向效应的影响与采用的失效方式密切相关.     

形状记忆合金伪弹性行为模拟

基于对伪弹性形状记忆合金(SMA)典型应力-应变曲线的特征分析,在原Graesser本构模型中增加简洁多项式来描述SMA应力诱发马氏体相变完成后在变形马氏体相下继续加载阶段的变形特征;并引入应变幅值与混相下SMA弹性模量的关系来改进不同应变幅值下卸载时SMA的应力-应变关系,从而提出了一种新的SMA一维本构关系模拟其伪弹性力学行为。该模型对直径为0.5mm的NiTi合金丝的拉伸加载、卸载试验曲线的模拟结果表明:改进本构模型与原Graesser模型相比,其能够准确地模拟SMA在不同应变幅值下加载和卸载应力-应变关系。此外,通过研究SMA本构模型的物理关系,推导出了控制SMA滞回曲线特征的关键参数fT与相变临界应力、弹性常数之间的明确关系,可利用该关系直接确定参数fT,摆脱了只靠试算获取该参数的传统做法,其准确性得到了试验验证。     

基于BP神经网络与小冲杆试验确定在役管道钢弹塑性性能方法研究

为了能够在不停输油气工况下获得在役管道材料的弹塑性力学性能,提出了一种人工智能BP (backpropagation)神经网络、小冲杆试验与有限元模拟相结合,通过确定材料真应力-应变曲线从而获得材料弹塑性力学性能的方法.首先,通过系统改变Hollomon公式中的参数K, n值,获得457组具有不同弹塑性力学性能的假想材料本构关系,其次,将得到的本构关系代入经试验验证的含有Gurson-Tvergaard-Needleman(GTN)损伤参数的小冲杆试验二维轴对称有限元模型,通过有限元计算得到了与真应力-应变曲线一一对应的457条不同假想材料的载荷-位移曲线,最终将两组数据作为数据库输入BP神经网络进行训练,建立了同种材料小冲杆试验载荷-位移曲线与真应力-应变曲线之间的关联关系.通过此关联关系,可利用试验得到的小冲杆载荷-位移曲线获取在役管道钢的真应力-应变曲线,从而确定其弹塑性力学性能.通过对比BP神经网络得到的X80管道钢真应力-应变曲线与单轴拉伸试验的结果以及引用现有文献中不同材料的试验数据对此关系进行验证,证明了该方法的准确性与广泛适用性.     

基于BP神经网络与小冲杆试验确定在役管道钢弹塑性性能方法研究

为了能够在不停输油气工况下获得在役管道材料的弹塑性力学性能, 提出了一种人工智能BP (back-propagation)神经网络、小冲杆试验与有限元模拟相结合,通过确定材料真应力-应变曲线从而获得材料弹塑性力学性能的方法. 首先,通过系统改变Hollomon公式中的参数$K$, $n$值,获得457组具有不同弹塑性力学性能的假想材料本构关系, 其次,将得到的本构关系代入经试验验证的含有Gurson-Tvergaard-Needleman(GTN)损伤参数的小冲杆试验二维轴对称有限元模型,通过有限元计算得到了与真应力-应变曲线一一对应的457条不同假想材料的载荷-位移曲线,最终将两组数据作为数据库输入BP神经网络进行训练,建立了同种材料小冲杆试验载荷-位移曲线与真应力-应变曲线之间的关联关系.通过此关联关系,可利用试验得到的小冲杆载荷-位移曲线获取在役管道钢的真应力-应变曲线,从而确定其弹塑性力学性能.通过对比BP神经网络得到的X80管道钢真应力-应变曲线与单轴拉伸试验的结果以及引用现有文献中不同材料的试验数据对此关系进行验证,证明了该方法的准确性与广泛适用性.      

人工冻结深部软岩单轴力学性能试验及蠕变模型1）

为了了解深部软岩在冻结条件下的单轴力学性能,以东北地区的原状泥砂岩为试验对象,利用自行研制的WDT-100型人工冻土试验仪器,对其进行不同温度下的人工冻土单轴抗压强度试验和单轴蠕变试验,得到泥砂岩单轴压缩应力-应变关系曲线,各温度下试样的单轴抗压强度以及蠕变曲线.单轴压缩试验结果表明：试样在给定温度和加载速率条件下,单轴压缩应力-应变关系曲线都有较为明显的屈服点,并且都在屈服点后,强度有所提高,出现硬化现象.单轴蠕变试验结果表明：单轴压缩蠕变曲线有非线性特征,单轴压缩蠕变的等时应力-应变曲线向应变轴靠拢;单轴压缩时蠕变模量随时间的增长而降低.最后采用遗传算法优化模型参数,得出泥砂岩蠕变经验方程.与试验结果对比,发现拟合情况较好.     

内时理论在板料成形失稳中的应用

应用Valanis提出的内时本构方程，研究了板料成形的拉伸失稳问题，推导出单向和双向拉伸应力状态下的内时本构方程，据此分析了分散性失稳和集中性失稳。该文推导出应用于拉伸失稳分析时内时理论的近似表达式，它对应于经典塑性理论解，同时给出了内时理论的完整迭代数值解。结果表明内时理论具有很好的适用性。     

含瓦斯煤的内时本构关系及其参数的实验研究

根据含瓦斯煤的力学实验结果，采用内蕴时间塑性理论建立了含瓦斯煤的本构关系，给出了本构关系中材料参数的确定方法，并进行了实验验证。     

岩石非弹性特性的内时理论模型

针对岩石的非弹性特性,将内时理论引入到岩石特性的研究中来。首先对内时理论的方程作了简要推导和说明。将核函数作四阶的Prony展开,将积分方程用一组微分方程来代替,最后得出可以进行数值运算的内时方程。在MTS压机上进行了砂岩、花岗岩等不同岩石样品的多种循环加卸载实验,得到一系列应力—应变曲线。根据滞回曲线的拐点,用最小二乘拟合法来具体确定内时方程中的有关参数。将理论产生的各种滞回曲线与实验滞回曲线作比较,可以看出在滞回曲线和残余应变这二个岩石非弹性特性最明显的标志上,非常一致。说明在中等应变强度时,利用内时理论可以对岩石非弹性特性作很好的研究。与塑性理论比较,可以免去确定屈服面的困难。最后对岩石滞回特性的微观机制用P-M模型作了简要讨论和分析。     

An implicit algorithm for hypoelasto-plastic and hypoelasto-viscoplastic endochronic theory in finite strain isotropic–kinematic-hardening model

This paper is concerned with objective stress update algorithm for elasto-plastic and elasto-viscoplastic endochronic theory within the framework of additive plasticity. The elastic response is stated in terms of hypoelastic model and endochronic constitutive equations are stated in unrotated frame of reference. A trivially incrementally objective integration scheme for rate constitutive equations is established. Algorithmic modulus consistent with numerical integration algorithm of constitutive equations is extracted. The implementation is validated by means of a set of simple deformation paths (simple shear, extension and rotation), two benchmark test in nonlinear mechanics (the necking of a circular bar and expansion of a thick-walled cylinder), a test which demonstrates the capabilities of the proposed model in simulation of cyclic loading and ratcheting in finite strain case (cyclically loaded notched bar) and finally, the analysis of a tensile test, which presents a shear band with a finite thickness independent of the finite element mesh using endochronic viscoplastic constitutive model.     

Integral constitutive equations of elastic-plastic materials

In this paper the integral constitutive equations of elastic-plastic materials are studied. The endochronic theory can be deduced from this theory. It is shown that the endochronic should be selected compatible with the yield function of the calssical plasticity and this can be considered as a principle of selecting endochronic. Applying this principle the appropriate endochronics of the plastically compressible materials and the orthotropic materials are derived. The second approximate theory of the integral constitutive equation is also discussed in this paper.This paper was reported by the National Natural Science Foundation of China.     

Extremal properties of endochronic plasticity,part II: Extremal path of the constitutive equation with a yield surface and application

Extremal paths for endochronic constitutive equations without using a yield surface and the corresponding principle of minimum potential work were obtained in Part I of this article. In this paper, the extremal properties of endochronic constitutive equation with a yield surface and the corresponding method for deformation bound analysis are proposed. An example is presented that demonstrates that the application of endochronic constitutive models to simplified analysis is not significantly different from classical models due to the derived extremal properties. The adopted constitutive model involves both nonlinear isotropic and kinematic hardening, which may provide more accurate results in simplified and bounding analysis.     

非比例循环塑性内时本构关系研究

在Valanis的内时本构理论的框架中,引入内结构张量以反映由于非比例加载而引起金属材料的附加等向强化及异向强化效应,同时提出材料强化程度的度量采用沿路径法线方向的塑性应变分量来描述.这些考虑的有效性已经通过用所建模型对304不锈钢材料在一些典型非比例循环加载路径下的响应进行的理论预测得到了验证;将该模型应用于U71Mn材料室温单轴棘轮行为描述中,结果显示内结构张量的引入不仅能较好地反映应变控制下的非比例附加效应,而且也能较好地反映应力控制下塑性应变的累积及变化率.     

Analysis of simple shear endochronic equations for finite plastic deformation

IntroductionThestress_strainbehaviorofmaterialswithfiniteplasticdeformationisaninterestingissue ,onwhichsignificantprogresshasbeenmadethroughboththephenomenologicalandphysicalapproaches.Thephenomenologicalapproachisbasedoncontinuummechanicsofplasticity .Ithasitsadvantageinsolvingcomplicatedproblemsbecauseofitssimplicity .Mostofphenomenologicaltheoriesareinvolvedintheconceptofcorotationalrates.Thematerialderivativeofstresswasnotobjectiveunderfinitedeformation .TheJaumannratewasusuallyusedbefo…     

内蕴时间理论用于NOPD结构响应计算的研究

非阻塞性微颗粒阻尼（NOPD）技术是在传统颗粒阻尼和冲击阻尼技术基础上发展起来的一种复合阻尼新技术，具有良好的减振效果。研究利用内蕴时间理论推导了散粒体的增量型内时本构方程并通过罚单元解决了粉体与结构之间的连接问题，在此基础上对NOPD结构的响应进行了仿真计算和实验验证，结果表明，将内时理论应用于NOPD响应计算分析是可行的。为NOPD的工程应用提供了一种有效的分析方法。     

An endochronic theory accounted for deformation induced anisotropy

An anisotropic quadratic form of plastic strain increment is used to define the intrinsic time in the endochronic theory of plasticity. Based on this new definition, a yield function can be derived. This new version of endochronic theory can describe the expansion, translation, rotation, and distortion of the yield surface. While the initial yielding is in the form of the Mises yield criterion, the distortion of subsequent yield surfaces is expressed by the compression or stretching of the Mises yield surface. The effect of sharp front and blunt rear of the yield surface is considered to be of secondary importance and neglected in the interest of keeping the equations simple. This idealization will not much affect the prediction power of the model, because the plastic strain increment is in the radial direction emanating from the center of the current yield surface and is not normal to the current yield surface. In this theory, the plastic deformation is thus not sensitive to the exact shape of the yield surface. It has been shown that the proposed theory is capable of describing the experimental results of three different metals considered. The test series investigated include several different paths of prestress.