基于试验非拟合混凝土本构方程

目的建立混凝土单轴拉伸和压缩应力-应变方程.方法基于混凝土单轴拉伸和压缩的试验数据,研究应力-应变变化规律,抛弃传统的拟合方法,直接由混凝土基本性能(初始弹性模量、峰值应力、峰值应变和应变软化性态)导出应力-应变方程.结果全程应力-应变方程由强化方程和软化方程给出,在峰值应力之前,强化方程为单调增且二阶导数为负的曲线,与试验结果曲线相符.在峰值应力之后,用不同的软化方程表示试验软化曲线.结论笔者提出的混凝土本构方程与很多实验数据相符,方程中的参数具有明显的力学意义,形式简单,便于理解,能很好的应用于混凝土本构关系的研究中.     

单轴压缩条件下普通混凝土柱的峰后非线性尺寸效应

将单轴压缩条件下遭受到剪切带(峰值应力之后呈现线性应变软化行为)形式的单一剪切破坏普通混凝土试样的峰后应力-应变曲线斜率的解析解推广为非线性情形.在峰值应力之前,采用Scott模型描述非线性的本构关系.剪切带的非线性应变软化本构关系由导出的最短普通混凝土试样峰后斜率反算.利用得到的峰后本构关系,对其他较长的普通混凝土试样的应力-应变曲线进行了预测.预测的峰后应力-应变曲线依赖于试样的高度,且与实验结果吻合.估算的剪切带内部平均塑性剪切应变远大于在单轴压缩条件下测得的轴向应变的极限值.若测得的峰后应力-应变曲线被视为本构关系,则普通混凝土柱的峰后延性将被极大地低估.     

基于四参数等效应变的各向同性损伤模型

针对Eoland和Mazars各向同性损伤模型关于峰值应力前后应力应变曲线假设的缺陷,做了两点改进：(a)认为应力峰值前后d—s均为非线性关系;(b)根据Hsieh—Ting-Chen强度破坏准则的基本思想,给出了一种新的用于各向同性损伤模型的四参数等效应变．该等效应变不但可以用于描述单轴应力状态下混凝土的本构关系,而且能描述多轴应力状态下混凝土的本构关系．数值算例验证了所给等效应变的合理性,从而说明了修改过的Mazars损伤模型的正确性．     

超高性能混凝土单轴受压本构关系

为研究超高性能混凝土的单轴受压本构关系,分析比较了不同文献提出的超高性能混凝土单轴受压本构方程的异同,建议了统一的超高性能混凝土单轴受压本构方程形式.基于超高性能混凝土单轴受压试验数据,拟合得到计算峰值压应变和弹性模量的经验公式,并提出了超高性能混凝土单轴受压应力-应变曲线上升段参数的计算公式.结果表明:采用《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)中提供的本构方程形式计算超高性能混凝土的单轴受压应力-应变关系是可行的;轴心抗压强度在80~150 MPa范围内,当轴心抗压强度相同时,圆柱体试件对应的峰值压应变较棱柱体高5.0×10~(-4)~7.5×10~(-4),且轴心抗压强度越高两者差异越大;所提的峰值压应变、弹性模量计算公式和应力-应变曲线上升段参数计算公式具有较高的准确性和可靠性,可用于超高性能混凝土结构的工程设计.     

再生卵石骨料混凝土力学性能及其应力-应变本构关系

采用以卵石为粗骨料的原生混凝土作为再生混凝土来源,通过破碎、筛分获取再生卵石粗骨料,配制再生卵石骨料混凝土.以取代率为变化参数,设计99个试件.通过试验,获取其立方体抗压强度、棱柱体抗压强度、抗折强度、弹性模量、泊松比等力学性能指标及应力-应变全过程曲线.分析了再生卵石骨料混凝土损伤演化、变形和能量耗散等力学性能.采用分段式本构关系模型和损伤本构关系模型对再生混凝土的应力-应变本构关系进行研究,并提出相应的本构方程.结果表明,与天然混凝土相比,再生卵石骨料混凝土的抗压、抗折强度略为增大,而弹性模量、变形系数与耗能系数则有不同程度的降低;不同取代率下,再生混凝土应力-应变曲线与天然混凝土相似,但下降段变得陡峭;再生混凝土损伤发展较为迅速,尤其在ε=(3~5)×10-3之间;分段式本构方程和损伤本构方程的计算结果均与实测值吻合较好.     

35CrMo钢高温流变行为及其本构方程

为了更好地描述35CrMo钢应力-应变关系,建立材料的本构模型,采用Gleeble3800热模拟试验机对热轧后的35CrMo钢进行了热模拟高温压缩实验,研究了35CrMo钢在变形温度为800,900,1 000,1 100,1 200℃,应变速率分别为0.01,0.1,1,10s-1的条件下,变形温度和应变速率对材料流变应力的影响。实验结果表明:35CrMo钢高温变形时存在动态回复型与动态再结晶型两种应力-应变关系,通过求解材料临界应变与峰值应变的关系,间接建立了35CrMo钢峰值应力本构方程,并验证了其准确性。所提出的本构方程可以较好地描述35CrMo钢热变形条件下的应力-应变关系,对于35CrMo钢的热成形工艺设计及数值模拟工作具有基础理论意义。     

37Mn5钢热变形行为与流变应力模型研究

利用 Gleeble-1500热模拟实验机研究37Mn5钢在变形温度为800~1 150 ℃、变形速率为0.1~10 s-1条件下的热压缩变形行为.采用应变硬化率-应力曲线图较精确地获得峰值应力,并用双曲正弦方程描述37Mn5钢热压缩变形过程中的峰值应力与Zener-Hollomon参数的关系.回归分析得到方程中变形激活能及各材料常数的值,获得37Mn5钢在高温条件下的流变应力本构方程.结果表明,采用该本构方程计算出的流变应力值与实验所得应力值非常接近.     

基于Weibull分布的岩石损伤本构模型研究

利用连续损伤理论和统计强度理论,提出了模拟岩石破裂全过程的损伤本构关系,并在此基础上建立了完整的损伤统计本构模型,且在所建立的损伤统计本构模型的四个基本方程中,引入岩石应力应变全过程曲线特征参量,并考虑岩石应力应变全过程曲线的几何条件,解决了传统方法求解本构方程中参数的难点,同时提高了精度.通过与砂岩试件三轴压缩试验实测结果对比,证明模型可以很好地反映岩石的应力-应变关系.图2,参7.     

20CrMnTiH本构模型的建立及验证

以高温压缩实验为基础,分析了变形温度1 123~1 423 K、应变速率0.01~10 s-1条件下20CrMnTiH的流动应力行为,并引入Zener-Hollomon参数,根据蠕变理论回归确定变形激活能、硬化指数、材料相关常数,构建了材料的本构模型.以Z参数作为本构模型准确性的衡量标准,根据Arrhenius指数方程建立了峰值应力、峰值应变关于Z参数的表达式并求出估算值,代入基于应变软化的应力应变方程,采用整个应变区间上的非线性拟合求解待定参数.方程计算值与实验数据具有良好一致性,平均误差为6.84%,证明Z参数的精度较好,从而间接验证了该模型的准确性.
     

类岩石材料声发射参数与应力和应变耦合本构关系

利用液压伺服试验系统和声波监测仪开展了岩石和混凝土材料声发射特性试验研究,并在试验基础上研究了损伤变量与声发射参数之间的量化关系.结果表明,损伤变量与声发射参数呈线性关系.采用基于Weibull分布的损伤本构模型及损伤变量与声发射数间的经验公式,推导出应力、应变参量与声发射数参量的耦合模型,该模型参数可以根据应力--应变全曲线及损伤变量与声发射数关系曲线的几何边界条件确定其表达式,方式简单适用.通过与岩石和混凝土试样单轴压缩试验实测结果对比,证实模型可以很好地反映单轴受压状态下岩石和混凝土的应力、应变与声发射数的耦合关系.     

单轴状态下混凝土的静力、动力损伤本构模型

根据混凝土损伤理论及混凝土在单轴拉(压)状态下的变形与损伤特性的试验结果,提出了混凝土在单向受力状态下的静力与动力损伤本构模型。经验证,文中提出的弹塑性本构模型能较好地反映混凝土在单轴状态下的损伤演化规律     

受火(高温)后混凝土的随机损伤本构关系

结合受火(高温)后混凝土的损伤形态和破坏特征,研究了基于损伤随机演化下受火(高温)后混凝土受拉和受压损伤发展的随机演化规律.引入弹簧损伤单元模型,考虑混凝土初始损伤、受火损伤及裂缝闭合下损伤愈合等因子,利用Weibull分布函数进行推演,建立了受火后混凝土单轴抗拉、单轴抗压的随机损伤本构关系模型.通过计算结果与试验数据的对比验证,从理论结果而非试验数据的拟合上解释了受火(影响)后混凝土应力-应变的四大特点,证实了运用随机损伤本构关系反映受火后混凝土破坏机理的可行性.     

混凝土随机损伤本构关系--单轴受压分析

在混凝土受拉随机损伤本构关系研究基础上 ,进一步研究了混凝土单轴受压随机损伤本构关系 .通过考虑混凝土内部各组项的影响 ,建立了混凝土单轴受压损伤机理模型 .通过引入混凝土细观单元受拉破坏应变分布随机场 ,根据混凝土破坏过程的能量守恒原理 ,导出了混凝土受压破坏的随机损伤本构方程 .将导出的理论结果与试验研究进行了对比 ,效果良好 .     

单轴压缩下石灰岩损伤统计本构模型与试验研究

基于岩石应变强度理论和岩石强度的Weibull分布假设，引出能合理描述岩石微元强度的参量，采用损伤力学理论，建立了能够反映残余强度的单轴压缩下岩石损伤统计本构理论模型．并利用伺服控制试验系统(RMT-150B)对石灰岩进行了单轴压缩试验，得到合理的石灰岩损伤统计本构关系，并验证了理论模型。     

硫酸盐、干湿循环和冻融循环耦合作用下混凝土单轴受压模拟

本文基于硫酸盐腐蚀混凝土单轴受压试验结果，通过对《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)中无腐蚀混凝土单轴压应力-应变关系中的混凝土损伤演化参数进行修正，建立了硫酸盐、干湿循环和冻融循环耦合作用下混凝土单轴受压本构模型。采用修正后的本构模型，以及ABAQUS软件自带的损伤塑性模型，考虑损伤因子的影响，较好地模拟了硫酸盐、干湿循环和冻融循环耦合作用下混凝土的单轴受压行为。有限元模拟结果表明：随着硫酸盐干湿循环次数和冻融循环次数的增大，混凝土最大受压损伤因子逐渐增大，损伤范围也逐渐扩大；最大主拉应力逐渐减小，中部压应力逐渐增大，等效塑性应变逐渐增大，混凝土破坏更严重;破坏均属于最大拉应变强度破坏。所提有限元模型可动态反映参数变化过程中混凝土的应力发展与损伤状态，可应用于硫酸盐、干湿循环和冻融循环耦合作用下混凝土单轴受压的模拟。     

单轴压缩下岩石损伤统计本构模型与试验研究

基于岩石应变强度理论和岩石强度的随机统计分布假设,采用损伤力学理论,建立了能够反映残余强度的单轴压缩下岩石损伤统计本构模型．利用伺服试验机对大理岩进行了单轴压缩试验．基于试验结果确定出损伤统计本构模型参数,理论结果和试验结果吻合较好．     

Damage evolution model of strain hardening cementitious composites under the uniaxial stress state

The deformation and damage behaviors of strain hardening cementitious composites (SHCC) under the uniaxial stress state were investigated in this paper. Two ductile failure-based constitutive models were introduced to describe the uniaxial tension and compression properties of SHCC only using a few parameters. The computation method of model parameters was developed to ease the simulation procedures. Damage evolution of the SHCC was simulated by the formulation of continuum damage mechanics subsequently. The results show that the proposed models fit the stress-strain curves reasonably well, and the damage variables show different growth rules under uniaxial tension and compression. It is concluded that the proposed method can not only simply simulate the constitutive behavior of SHCC with the reasonable accuracy but also capture the characteristic of material degradation.     

基于改进Sargin方程和过-徐模型的混凝土三维损伤模型

利用混凝土已有本构关系建立混凝土三维损伤模型.针对基于Ottosen本构关系建立的损伤模型中的不足之处,提出基于改进Sargin方程和过-徐模型建立混凝土三维损伤模型的方法.该方法利用改进的Sargin方程作为混凝土三维应力状态的等效单轴方程,基于等效单轴方程的割线弹性模量的下降率定义损伤指标,对典型比例加载情形全过程进行损伤计算.与Mazars、Ottosen损伤模型进行对比,该模型更符合试验结果,更能够描述不同加载比例下的损伤.     

混凝土受压性能的非均质细观数值模拟

将混凝土看作是由骨料、砂浆及它们之间的界面组成的三相复合材料,在细观层次上建立了非均质混凝土棱柱体试件的随机骨料模型,分别赋予细观单元弹脆性损伤本构关系或弹塑性本构关系,研究了采用不同本构关系的混凝土棱柱体试件在单轴压缩荷载作用下的细观损伤演化过程,获得了相应的混凝土单轴受压宏观应力-应变曲线,并将计算结果与试验结果做了比较.结果表明:混凝土试件的破坏是由于细观损伤的积累导致的;非均质模型计算所得的宏观应力-应变曲线上升段与试验结果吻合相对较好,弹塑性本构模型计算所得的曲线下降段比弹脆性模型更接近于试验曲线.     

微波照射下花岗岩单轴压缩损伤本构模型

为深入研究微波照射花岗岩的损伤演化过程以及探讨微波照射过的花岗岩进行单轴压缩后花岗岩应力-应变关系,首先以微波照射花岗岩的损伤特性为基础,综合考虑花岗岩在微波照射以及荷载作用下受到的损伤,将Weibull分布与损伤力学结合,得到考虑多因素作用的花岗岩损伤演化方程。然后根据Lemaitre应力等效原理及Hook定律,推导出考虑微孔隙闭合的花岗岩损伤本构模型。最后,采用微波循环照射花岗岩试验和单轴压缩试验对模型进行验证。验证结果显示,本研究建立的本构模型与试验结果拟合的曲线能较好吻合,证明了模型的合理性及参数取值的正确性。为岩石微波损伤理论的研究以及微波辅助破岩提供思路。