基于修正塑性功函数的砂土硬软化本构模型

基于与应力路径无关的修正塑性功函数,提出了一个新的可以考虑砂土变形强度应力路径效应的弹塑性硬化-软化本构模型.模型所采用的与应力路径不相关的修正塑性硬化函数是基于砂土多应力路径平面应变压缩试验结果、经过数学拟合而得到的.文中建议的本构模型属于等向硬化-软化、考虑非关联流动的弹塑性模型.有限元计算结果与室内试验结果比较表明,该模型不仅可以较好地模拟砂土变形强度的应力路径效应,同时也可以模拟砂土变形强度的应力水平依存性、强度的固有结构性各向异性、初始空隙比依存性,以及砂土伴随剪切破坏的软化效应.     

考虑围压和密度的饱和砂土液化后单调加载本构方程

为评价地震液化时饱和砂土初始液化后变形,研究了有效围压和密度对饱和砂土液化后单调加载应力应变的影响。基于初始液化后加载试验结果,改进了模拟饱和砂土液化后单调加载的本构方程,考虑了围压和密度的影响,并给出了门槛剪切应变随围压变化的关系式。结果表明:密度的影响可以由临界应力状态线的斜率的变化来体现;有效围压变化的影响可以由门槛剪切应变的变化来反映。     

抽注水作用下含水层砂土变形特征试验

基于抽注水条件下含水层土体应力状态和应力路径的理论分析,采用FlowTracⅡ增量固结试验系统,通过控制孔隙水压力实现了对实际含水层抽注水条件下土体应力状态和应力路径的模拟,探讨总应力不变条件下,孔隙水压力诱发的土体变形特征;指出常规单向压缩试验结果描述抽注水条件下含水层土体变形特性存在局限性,验证了土体变形特性随应力水平η变化的规律;不同粒径砂土的孔压加载试验表明抽水条件下含水层砂土的变形不是瞬时产生的,其变形存在滞后效应及蠕变特性,抽水应力路径下砂土的平均应变速率与时间关系在双对数坐标中呈现近似线性关系。     

基于互层岩体的非定常黏弹塑性蠕变模型及有限元分析

为研究互层岩体在考虑时效变形作用时的蠕变特性，提出了一种考虑应力、应变阈值的非定常黏弹塑性五元件模型。该模型能够同时描述岩体的瞬时弹性应变、黏弹性蠕变、线性黏塑性蠕变和非线性黏塑性蠕变（加速蠕变），推导得出了其在三维应力状态下的蠕变方程；基于ABAQUS有限元软件完成了UMAT子程序的研发，并通过对比岩体的室内蠕变试验与该模型数值模拟结果来验证模型的适用性。结果表明：蠕变试验结果与数值计算结果相吻合，非定常黏弹塑性模型不仅可以精确描述减速蠕变和稳态蠕变过程，还可以较好地描述岩体的加速蠕变过程，从而验证了该模型的适用性与有效性。     

有机玻璃观察窗的蠕变特性及数值模拟

传统的线弹性模型在模拟载人深潜器的有机玻璃(PMMA)观察窗蠕变变形时表现出严重的局限性,为解决这一问题,构建了Prony级数形式的线性黏弹性本构模型.采用质量缩放技术和等效时长方法加快了显式动力有限元计算过程,得出了稳定且与实验数据接近的计算结果.结果表明:在常温、高应力、逐步加压的作业环境下,PMMA在加载阶段就已经表现出黏弹性行为.因此,为了保证安全,必须要在整个加压-保载过程中考虑黏弹性效应.结合准静态加载的条件,采用显式动力学分析取代传统的静态分析,与PMMA黏弹性的时变特性相适应.此外,针对观察窗模型局部应力集中的问题,设置倒角可以有效降低局部应力,有限元计算时网格收敛性也更好.     

深部矿井煤系地层软岩蠕变特征试验

采用在预定围压下先固结后径向卸载的三轴蠕变试验方法,模拟软岩巷道开挖过程应力状态变化,通过三轴卸载剪切蠕变试验表明随剪应力水平的降低蠕变速率显著减小.当剪切应力高于一临界值时,深部矿井软岩蠕变过程历经减速、定常和加速蠕变三个阶段破坏.根据试验结果,为描述非线性加速阶段蠕变规律,采用改进的元件,提出了软岩非线性的黏弹塑蠕变本构模型,通过有限元本构程序的二次开发,将提出的本构模型嵌入到ADINA非线性有限元程序中.对某矿井巷道软岩开挖支护过程进行数值模拟,表明弹黏塑蠕变本构力学模型能够较好地反映软岩的变形特征,数值模拟和实测结果吻合良好,可为矿井深部软岩巷道设计与施工提供参考.     

金属高温塑性本构方程的研究

有限元数值模拟技术的重大发展使得其在锻造加工研究领域得到了越来越广泛的应用．本构方程是描述材料变形的基本信息和有限元模拟中不可缺少的数学模型，它反映了流动应力与应变、应变速率以及温度之间的依赖关系．为了建立本构方程，必须测量一定温度、应变速率范围内的流动应力值，这通常是由压缩试验来完成的．有限元模拟结果的有效性首先取决于本构方程的精确程度，所以，如何获取精确的本构方程成为锻造成形过程计算机模拟技术中的首要问题．     

不同加载条件下的腰椎间盘蠕变实验研究

为研究加载条件对腰椎间盘蠕变性能的影响,以新鲜猪腰椎间盘为研究对象,采用非接触式数字图像相关技术,考虑不同压缩应力及加载速率,对椎间盘进行蠕变实验,并建立蠕变本构模型。结果表明:施加压缩应力时,椎间盘蠕变曲线呈指数规律变化;相同加载速率下,蠕变应变随着应力的增大而增大;应力相同时,加载速率越大,蠕变应变越小;利用三参数粘弹模型建立的椎间盘本构方程与实验结果具有较好的相关性,该能够预测椎间盘的蠕变性能。研究结果为临床进一步研究人体椎间盘粘弹特性提供理论基础。     

球应力循环加载下粒状土变形规律与本构描述

为评价动力作用下饱和砂土的变形,通过试验,研究了球应力循环加载下饱和砂土的变形规律,提出描述各变形分量的本构模型。通过系列的饱和砂土球应力循环加载的动力三轴试验,分析体积应变和偏应变随循环次数的变化规律;从细观组构角度分析粒状土各变形分量的产生原因;给出弹性和塑性模量表达形式,描述各变形分量的发展规律。结果表明:不可逆性压缩体应变随循环次数不断累积,累积速率随累积量增加而降低;可逆性压缩体应变呈现可恢复的循环变化,可采用弹性方法描述;可逆性和不可逆性偏应变量相对较小,可以忽略。     

路堤软土地基沉降有限元非线性分析

用Biot固结有限元法对路堤软基沉降作非线性有限元分析 ,计算中考虑了土体侧向变形、水平向渗流对沉降的影响 ;采用非线性本构模型 ,考虑了土体应力、应变关系的非线性特性 ;考虑了施工的逐级加载 .计算结果与实测吻合较好 .     

绿片岩的单轴压缩各向异性蠕变试验研究

通过对锦屏二级水电站辅助交通洞的绿片岩单轴压缩蠕变特性试验,研究了轴向荷载方向与层理之间的不同关系对瞬时应变、应力应变关系、轴向应变速率、衰减蠕变持续时间和蠕变破坏机理的影响.研究结果表明:在相同低应力水平下,垂直于层理时的瞬时应变增量大于平行于层理时的瞬时应变增量,而在相同较高应力水平下垂直于层理时的瞬时应变增量小于平行于层理时的瞬时应变增量;同等应力水平条件下,垂直于层理时的轴向应变速率和衰减蠕变持续时间均小于平行于层理时的轴向应变速率和衰减蠕变持续时间.同时,当轴向荷载垂直或者平行于层理时,应力应变关系曲线均出现了压密、弹性变形、裂纹扩展和峰后破坏阶段,且蠕变破坏类型均属于脆性破坏.     

不同加载路径下盐岩蠕变特性试验

为了研究加载路径对盐岩蠕变特性的影响,利用RLW-2000岩石流变试验机对盐岩试件进行了3种不同加载路径的蠕变试验,分析了盐岩在不同加载路径下的蠕变变形规律。结果表明,在恒围压、分级增加轴压加载路径下,随着轴向应力增加,盐岩瞬时应变、蠕变应变和蠕变速率均逐渐增大,衰减蠕变阶段持续的时间也逐渐延长;在恒轴压、分级卸围压加载路径下,当围压小于某个特定值时,围压的变化对盐岩蠕变特性产生一定的影响,当围压高于该值时,盐岩的蠕变特性似乎与围压无关,且从试验结果来看,该值应在4 MPa以上;在恒轴压、循环围压加载路径下,围压及其循环周期对盐岩蠕变特性的影响非常大,降围压阶段盐岩蠕变速率明显高于升围压阶段,且围压循环周期越小,降围压阶段蠕变速率与升围压阶段蠕变速率的比值越大,周期越大,该比值越小。     

饱和软粘土不排水循环加载作用下蠕变特性的研究

为了探讨珠江三角洲的饱和软粘土在交通行车荷载作用下的变形特性,在K0固结状态下进行了一系列不排水的单向循环加载蠕变试验。研究表明：根据循环荷载的大小,饱和软粘土的累积变形可分为衰减型和破坏型;衰减型循环蠕变的累积应变速率与循环次数的关系可用幂函数来表示,引入相对偏应力水平参数,可考虑动偏应力、初始静偏力和围压的综合影响,累积应变速率与相对偏应力水平的关系可用指数函数来表示。基于流动理论,建立了珠江三角洲饱和软粘土的应变速率状态方程,该模型较好地表达了衰减型循环蠕变的应变速率—应力水平—循环次数关系。     

变加载方式灰岩蠕变试验研究

打破单轴压缩蠕变试验传统的加载方式,改变加载速率和荷载增量法进行单试件逐级增量加载。瞬时加载阶段的轴向应变有如下特征:第一阶段各级的轴向应变速率随荷载级别的增加而降低,且大于第二阶段和过渡阶段所有级别的轴向应变速率。岩石在整个蠕变试验过程中,瞬时应变以硬化机制占主导地位,蠕变应变时颗粒进行受力调整,且加载速率与受力调整时间呈负相关。基于经典的Nishihara模型,参考前人研究成果,建立了能同时体现瞬时蠕变、稳态蠕变和与损伤演化过程有关的加速蠕变三阶段的蠕变本构模型。     

三峡工程二期围堰堰体材料流变本构模型研究

三峡工程二期围堰堰体结构材料主要成分是风化砂和石碴料,通过采样和实验分别得到了这两种材料的力学特性和基本性质,总结了其变形规律.在实验成果和实测的基础上,分析研究了围堰填料的应力应变关系.提出了三参量堰体材料流变本构模型,该模型既可以描述材料的蠕变过程行为,又能描述材料应力松弛特性,符合大多数材料的粘弹性力学特性,能够很好的分析研究围堰堰体结构的应力应变.     

露天煤矿边坡中软弱夹层的蠕动变形特性分析

软弱夹层非线性蠕动变形特征分析,明确了其力学强度的变化、本构关系的非线性特征·根据老化理论提出了软弱夹层的一般流变方程,确定由等速蠕变向加速蠕变过渡的临界应变量作为破坏时刻的破坏应变量,从而建立长期抗剪强度与应力作用时间变化的关系,对于非稳定蠕动变形,等速蠕变阶段的应变速率与剪应力超过长期极限强度的程度有关,对软弱夹层抗剪强度随时间降低的特性研究为蠕动边坡动态稳定性理论分析提供了依据     

含水状态下硬脆性泥页岩蠕变特性实验研究

对岩石进行不同含水率下三轴蠕变实验,试样在整个加载过程中,经历了衰减蠕变、等速蠕变和加速蠕变三个蠕变阶段。根据不同含水率岩样的等时应力应变曲线,可以看出泥页岩的蠕变是非线性的;并且随含水率和应力水平的提高,应力应变的非线性程度也增大。在相同的外载条件下,随着含水率的增加,泥页岩的蠕变变形增加、蠕变进入稳定阶段所需的时间越长;而岩石长期强度呈减小的趋势。说明对于泥页岩地层的钻井施工,需要考虑泥页岩的时效变形行为及流变效应。     

饱和软粘土固结、蠕变变形和应力松弛规律

本文通过室内试验着重研究饱和软粘土在排水和不排水条件下简单加载和重复加载时的固结、蠕变规律,在排水条件下土体静止侧压力系数K0(t)的历时降低规律．以及土体的剪应力松弛规律和松弛过程中侧压力系数历时增长的规律．并且介绍了以上这些规律的工程应用价值．     

变分数阶微积分在描述材料力学性质演变方面的应用

材料在受力和变形过程中,力学性质是不断变化的,而现有的整数阶本构模型只能定性描述材料从弹性变为塑性,变为流体,不能定量地描述力学性质的演变．在常分数阶本构模型的基础上,提出一个新的变分数阶本构模型．从理论上讲,该模型可以通过阶数的变化来展示材料力学性质的变化．用该模型,对铜、铝合金以及低碳钢在等应变率拉伸过程中的力学性质进行分析,发现其变化过程均可分为3个阶段：第1阶段为线弹性阶段,第2阶段力学性质发生突变,第3阶段为线性变化阶段,而这与实验中所得现象是符合的,从而得出该模型可以描述力学性质演变．因为阶数的变化范围为0到1,所以该模型可用于其他粘弹性材料在具有时间效应的受力及变形过程中力学性质演变的分析,如岩土及高分子材料的应力松弛与蠕变,等应变率加载等．