混凝土弹塑性多轴损伤模型及其应用

针对混凝土多轴应力状态下各向异性损伤的特点,建立了各向异性弹塑性损伤模型.该模型具有可清晰地表征混凝土的渐进破坏过程和表达当前损伤水平及结构破坏趋势的优点.引入了一个应力状态因子,用以表征当前应力状态在应力空间中距离破坏面的程度,从而对损伤演化方程进行了改进以考虑多轴效应.此外,在三轴破坏准则的基础上,还建立了考虑混凝土各向异性损伤破坏的多轴损伤破坏准则,其中包含了塑性、损伤内变量和有效主应力的影响.本模型可有效地表达出混凝土的各向异性和多轴损伤特点.     

灌浆体在三轴受压状态下的变形和强度特性分析

灌浆体在锚杆工作过程中处于一种复杂的应力状态,但随着荷载的增加,应力状态会由拉-压-压状态向压-压-压逐步转变.因此,建立的混凝土破坏模型大都基于三轴受压状态.介绍了灌浆体在三轴受压状态下的试验研究,分析了灌浆体在三轴受压状态下的变形和强度特征,并在此基础上建立了以八面体应力空间表示的三轴压状态下灌浆体的破坏准则.     

基于能量耗散的多轴应力状态下混凝土损伤模型

针对多轴应力状态下的混凝土损伤问题,假设损伤在主应力空间是正交各向异性的,选用Ottosen四参数破坏准则来确定多轴应力状态下混凝土破坏的极限应力,确定强度提高系数,结合Saenz提出的典型单轴本构模型建立等效单轴本构模型.根据Najar损伤理论,定义了综合损伤变量D,从能量耗散的角度提出一种用于多轴应力状态下的混凝土损伤模型.在计算损伤时采用精度较高的高斯积分法,通过对3种不同的三轴比例加载下损伤的研究,初步验证了模型的有效性,且模型形式简单,精度高,便于应用.     

ABAQUS混凝土损伤塑性模型的静力性能分析

为评估ABAQUS有限元软件中混凝土损伤塑性模型分析混凝土材料和构件静力性能的能力,用该模型对混凝土材料单轴、双轴应力状态下力学性能以及构件的抗弯、抗剪性能进行模拟,并与试验结果进行对比分析.结果表明,混凝土损伤塑性模型可以较为精确地模拟单轴受压、单轴受拉、双轴受压以及双轴受拉状态下混凝土材料的力学性能,能较好地反映双轴应力状态下的材料破坏包络线,也能较好地预测钢筋混凝土构件的抗弯和抗剪性能及其破坏特征,但不能很好地描述双轴拉压应力状态下混凝土材料的力学性能,也不能反映材料的体积应变发展变化规律.     

温度对全再生混凝土三轴受压性能及破坏准则影响

为研究温度对全再生混凝土三轴受压力学性能及破坏准则的影响,设计制作了30个经不同温度后的全再生混凝土试件进行了三轴受压试验.研究表明:单轴应力条件下,随着温度上升,试件裂缝破碎带变宽;三轴应力条件下,随着温度上升,试件破坏形态由斜面剪切破坏向层状劈裂破坏转变.其次,随着温度上升,抗压强度、弹性模量均呈逐渐下降趋势,但峰值应变则呈逐渐上升的变化趋势;相对于单轴受压状态,温度影响明显减小.最后,根据过镇海模型和M-C理论,分别给出了峰值应力、峰值应变及弹性模量与温度之间的相互关系式,以及M-C理论包络曲线方程.     

混凝土两向应力状态下强度计算

处于复杂应力状态下混凝土构件进行受力和变形分析时,需要确定混凝土在双向应力作用下的破坏准则和本构关系,以便于具体计算混凝土在两向应力状态下的强度和变形.文章根据二轴包络图图形坐标,求出有关边长及夹角,从而求得包络图各直线交点的坐标,列出各段直线方程式,导出两向应力下强度计算公式,并结合算例证实了所给计算方法的有效性.     

三轴拉压应力状态下沥青混合料的破坏准则

为了解拉压组合复杂应力状态下沥青混合料的强度特性,在自主研发的三轴试验设备上,通过单轴拉、单轴压、平面拉压/轴向压缩和平面拉压/轴向拉伸应力状态下共74个试件的试验,系统研究拉应力和压应力共同作用下AC-13C沥青混合料的三轴强度特性和破坏特征。基于八面体强度理论,建立多轴拉压条件下AC-13C沥青混合料的线性破坏准则。研究结果表明:试件分别表现为拉应变和拉应力破坏特征;三轴拉强度和压强度均低于单轴拉伸强度和单轴压缩强度,按现行的最大拉应力理论进行沥青路面结构设计偏于危险;线性破坏准则考虑3个主应力对路面的协同破坏作用,可较好地描述沥青路面材料的三轴强度规律,并且形式简单,便于工程应用。     

大骨料混凝土动态双轴拉压强度试验研究

为了研究不同应变速率下混凝土双轴动态受力状态的力学性能,在大型静、动态三轴试验机上,对大骨料混凝土和湿筛混凝土试件进行了不同应变速率和应力比下的双轴动态拉压试验,系统研究了应变速率和应力比对混凝土双轴拉压强度的影响.试验结果表明:两种混凝土双轴拉压强度均低于单轴拉伸或单轴压缩强度,其变化规律不但与应力比有着密切的联系,还随应变速率的增大而增大.在主应力空间建立了考虑应变速率和应力比的混凝土双轴拉压破坏准则,为水工结构物的非线性分析提供了试验依据.     

钢管混凝土核心短柱轴压载荷-变形非线性分析

为了对钢管混凝土核心短柱载荷-变形关系进行非线性分析,假定三向应力下混凝土服从Ottosen破坏准则和本构关系,基于广义虎克定律和形变理论建立了多向应力状态下钢材的应力-应变关系,依据静力平衡和变形协调条件,推求了该柱载荷-变形分析力学模型;据此编写程序对其载荷-变形全过程进行非线性数值模拟,并从中得到该柱极限承载力,结果表明全过程模拟曲线与试验曲线基本一致,理论极限承载力比试验结果偏小5%;可见该力学模型既符合该柱受力变形的过程和机理,又是偏安全的,能较好地应用于钢管混凝土核心柱载荷-变形分析及承载力计算。     

混凝土强度准则在桥梁结构中应用的探讨

介绍了一种混凝土在多轴复杂应力状态下的强度准则,好Ｏｔｔｏｓｅｎ提出的４参数强度准则模式,结合已建成的三向预应力混凝土Ｔ型刚构桥的空间应力分析结果,分析了该箱型梁桥纵向混凝土强度的变化规律,说明了混凝土强度对实际土建结构设计的重要性,以求为多轴应力状态下混凝土强度准则在预应力混凝土桥梁结构中的应用探索一条新途径。     

平面应力状态下混凝土的强度准则

针对平面应力状态下的混凝土材料,提出了一种新的强度准则,该准则在混凝土不同的受力区给出了统一的表达式。计算与试验结果与比较验证了新强度准则的可靠性。     

岩盐水力压裂的破裂判据

岩盐的基本力学特性和破坏特征的实验结果表明,岩盐是一种“杨氏模量/强度（E/S）”比值极低的特殊软岩,其破坏遵循变形破坏准则,根据最大拉应变强度理论建立了岩盐水力压裂时计入铅直应力效应的破裂判据,并建议一般应采用单轴压缩实验来确定临界拉应变值,该判据与实验结果极为一致,适应于各种应力状态政下任何具有较小E/S比值的软岩。     

三向受压混凝土的三维本构关系

提出一个三向受压混凝土的本构关系模型。基于亚弹性正交异性理论,采用Ottosen的破坏准则,把Darwin和Pecknold的等效单轴应变概念进一步推广到三维非线性增量应力—应变关系中。模型的特点是：它建立在前人的研究成果基础上,所有的参数均建立在试验数据的基础上,只需输入少数的材料参数便可确定本构模型,因此便于在实际工程分析中应用。     

包含摩尔-库仑准则的单元劈裂法模拟围压下节理扩展

以单元劈裂法作为基本方法,采用摩尔-库仑准则作为单元劈裂准则,探索和发展一种更为简单有效的节理扩展数值模拟方法.由于单元劈裂法是利用三角单元的几何特性构造出的一种特殊三节点节理单元,它可以在原网格划分方案基础上直接对裂纹扩展进行数值模拟.而摩尔-库仑准则是广泛应用于岩土工程材料的破坏准则,可以较为准确地预测岩土材料的破坏行为.因此,将二者结合起来,对节理扩展模拟具有较大优势.为验证本方法的有效性,分别模拟了不同围压下多裂纹岩石材料的破坏过程,并与相应试验结果进行对比分析.结果表明,本方法能再现不同围压下多裂纹扩展、汇合的基本过程和特征,从而说明本方法是有效的.     

自动生成颅脑冲击响应的图像三维有限元分析

本文用三维有限元方法分析颅脑在气流冲击载荷作用下非线性动力学响应问题,用核磁共振颅脑断层图像输入计算机,采用 Ｃ Ｔ 图像三维再现软件和非规则形体、有限元网格划分软件进行计算,结果得到人体头部冲击波传递、颅脑损伤容限曲线、延髓损伤等,为宇航、交通事故、司法鉴定创伤判断、临床治疗提供科学依据．     

基于粘弹塑性理论局间焊后热处理评定准则

采用考虑高温蠕变的粘弹塑性有限元等数值方法与实验相结合,对具有初始焊接残余应力的管子在不同热处理条件下进行了分析,特别是对局部焊后热处理加热宽度的确定进行了研究。提出了2个局部焊后热处理的评定准则,即基于残余应力消除效果的残余应力准则和基于改善焊接接头性能 的均热区温差准则。局部焊后热处理应同时满足这两个准则的条件。     

裂缝在压剪条件下的应力场和扩展能

用无缝宽的光测模型试验和位移不连续边界无法研究了压剪条件下缝面和缝端的能量分配和敏感性。试验和计算表明压剪裂纹在缝端存在强烈的应力集中区,属于断裂问题,应由韧性判别,由实验得到的应力场和计算应力场在整体上很相近,但在缝端相差较大,压剪缝延伸可用离缝端一定距离的应力当量韧性来判断。     

考虑中间主应力与渗流作用的巷道稳定理论解

为了探究渗流作用下不同中间主应力对圆形巷道围岩的影响,应用弹塑性力学理论,基于Drucker-Prager屈服准则,推导得出围岩塑性区半径与孔隙水压力之间的关系式;再由极值点失稳理论,确定围岩失稳的判别准则。结合实际工程,分析中间主应力系数对临界水压力的影响,结果表明:中间主应力对临界水压力有较大影响,采用D-P准则时中间主应力系数与临界水压力的关系曲线表现为类抛物线形式。当中间主应力系数取0.8时临界水压力达到最大值10.0 MPa;与基于MC准则的计算结果做对比,发现考虑中间主应力时D-P准则的临界水压力计算结果更能反映岩石多轴力学性能,可应用于较为完整的含水岩层支护设计优化。     

平面应力状态下混凝土的本构模型

在混凝土的非线性有限元分析中，需要模拟混凝土的应力-应变关系，根据混凝土单轴受压典型曲线特征，采用Hermite插值给出了混凝土单轴受压条件下具有明显几何意义的σ-ε关系，以给定的混凝土强度准则为基础，给出了混凝土平面应力状态下的增量本构关系，利用特征屈服半径的概念将初始屈服面、后续屈服面以及破坏面表达为一个统一的形式；特征屈服半径的概念将平面应力状态下混凝土的本构关系与单轴受压状态统一起来，使问题的处理一体化，计算结果与试验结果的比较，验证了本构模型的可靠性。     

斜井井筒附近水力裂缝空间转向模型研究

在斜井井筒附近应力场分布复杂,往往造成水力裂缝转向。基于最大拉伸应力准则和拉格朗日极值法,建立了斜井井筒附近水力裂缝空间转向模型,用于分析三向地应力和井筒内压作用下斜井井筒水力裂缝的起裂位置和扩展形状。根据此模型,编制了数值计算程序。对长、宽、厚均为300mm的岩石试样在真三轴水力压裂模拟装置上进行了物理模拟,模型计算结果与物理模拟结果基本一致。模拟计算和物理试验结果表明,斜井井筒附近确实存在水力压裂裂缝空间转向的现象。斜井井筒附近水力裂缝的空间转向大致发生在3倍于井筒直径的范围内。