基于Mogi-Coulomb统计损伤本构模型及渗透性突变的研究

摘要：在基于Lemaitre应变等价性理论和岩石微元强度服从 Weibull 随机分布的基础上,引进Mogi-Coulomb准则作为岩石微元强度的表示方法,并深入研究岩石压缩破坏过程中损伤变量的变化规律,建立了统计损伤本构模型,该模型可以较好的反映岩石在不同围压下压缩破坏对应的损伤阀值。通过岩石三轴应力–应变试验曲线对模型进行验证,并与基于Drucker-Prager和Mohr-Coulomb准则的损伤模型的模拟曲线相比较,表明基于Mogi-Coulomb准则的损伤模型能较好的模拟岩石应力应变关系,特别反映了不同应力状态对损伤阀值的影响及岩石低应力水平的线弹性特性。最后将考虑损伤阀值且基于Mogi-Coulomb准则建立的损伤统计本构模型应用于岩石渗透性突变点和对应的临界破坏强度的研究,本模型的预测值与试验值较吻合,表明该模型的合理性和可行性,具有良好的应用前景。     

岩石统计损伤本构模型及对比分析

损伤力学是研究岩石破坏过程中本构关系的一种有效手段.假定岩石微元强度分布服从Weibull分布和幂函数分布的概率分布理论,将Drucker-Prager准则作为岩石统计分布变量,同时引入一个能够反映岩石微元破坏部分承载力的修正系数,建立基于不同概率分布的岩石损伤统计本构模型,并用极值法求解模型参数.最后通过理论结果和试验结果的对比分析发现:Weibull分布比较适合于作为岩石微元强度的概率分布函数,而幂函数分布不适合作为岩石微元强度的概率分布函数.     

一种实用的土体统一弹塑-黏塑性本构模型

针对以往本构模型或过于简单而不能全面描述土体的性质,或过于复杂而不便于应用的问题,以非线性弹性、弹塑性、艳正曼辛准则及singh-Mitchell蠕变模型为基础,并将曼辛准则扩展至三维,建立了一种简单实用而又能同时合理地考虑土体非线性、动力滞回和流变特性的统一弹塑一黏塑性本构模型.通过试验模拟,验证了该模型的合理有效性.     

考虑干湿循环的大理岩统计损伤本构模型

为研究大理岩在干湿循环作用下会产生劣化作用,通过对大理岩在干湿循环作用下的力学特性的变化规律,发现随干湿循环次数的增加,劣化作用会呈现减弱的趋势,最终趋于一个恒定值.通过应用细观方法研究了大理岩微元强度,假设大理岩微元强度分布服从Weibull分布,然后利用连续损伤理论,认为大理岩损伤劣化规律具备连续性,再由Lemaitre提出的应变等效假说以及基于D-P强度破坏准则度量微元强度提出了大理岩考虑干湿循环效应下的统计损伤本构模型,并应用大理岩干湿循环的单轴压缩实验数据与构建的统计损伤本构模型的应力、应变曲线进行模拟拟合.结果表明,所建立的统计损伤本构模型能够较好地反映考虑干湿循环效应下大理岩弹性阶段的损伤,可见该模型具有一定合理性、有效性.     

基于Mohr-Coulomb准则的岩石损伤统计分析方法研究

从探讨基于Mohr-Coulomb准则的新的岩石微元强度表示方法及其服从Weibull随机分布的特点出发,基于岩石三轴应力应变试验曲线,建立了反映岩石破裂全过程的损伤软化统计本构模型．在此基础上,重点研究了Weibull分布参数对岩石损伤软化统计本构模型的影响,并结合岩石三轴应力应变试验曲线的特征,对岩石损伤软化统计本构模型进行了合理修正．与试验结果及前人研究结果比较,该模型形式简单,能更好地反映工程实际,具有广阔的应用前景。     

Q2黄土统计损伤本构模型

利用黄土微元强度服从Weibull随机分布的特点,引进Drucker-Prager破坏准则作为黄土微元强度分布参量,基于Q2黄土三轴应力-应变试验曲线,同时考虑了损伤门槛值的影响,建立了反映Q2黄土损伤全过程的损伤软化本构模型.在此基础上,探讨了Q2黄土损伤软化模型参数与围压和黄土含水量的关系,对其参数进行了合理修正,从而建立了更加符合实际的黄土损伤软化本构模型,并与试验结果进行对比分析,结果显示该模型的合理性,表明该模型具有广泛的工程应用前景.     

热镀锌双相钢DP590力学特性及其本构模型

通过单轴拉伸试验及液压扩胀试验,分析了热镀锌双相钢DP590准静态条件下力学特性及大应变力学行为,同时利用高速电液伺服试验机及分离式Hopkinson拉杆试验机测试了该材料中高应变率下的动态力学特性.试验数据表明,DP590呈现微弱的各向异性,同时其动态等效应力应变曲线簇具有随应变增加而渐进收敛的特性.在此基础上提出了一个基于YLD2003各向异性屈服准则的混合流动硬化收敛型黏塑性本构模型,并提供了模型参数的识别方法.利用该本构模型对一薄壁管梁结构的轴向冲击试验过程进行了数值模拟,结果表明,采用新本构的仿真模型可以准确模拟试验结果,因而该本构更适用于工程精细仿真的需要.     

基于胶结破损机理的非饱和结构性黄土本构模型

非饱和结构性黄土本构模型需同时考虑非饱和性和结构性,为简化建模过程,基于实用化宏微观土力学研究思路,以岩土破损力学及临界状态土力学为框架,建立了非饱和结构性黄土的本构模型.通过三维离散元法开展不同含水量结构性黄土数值试验,基于离散元和前人试验结果建议采用幂函数描述吸应力和初始饱和度的关系,从而建立非饱和黄土有效应力公式,进而将临界状态线、扩展椭圆屈服面和临界Lade-Duncan强度准则推广到非饱和土体,以考虑黄土的非饱和性.通过定义与重塑黄土屈服面形状相似的结构性黄土屈服面反映结构性的影响,鉴于室内试验无法直接获取土体胶结破损演化规律,基于离散元分析结果和胶结颗粒材料力学理论,得到具有微观机制的胶结破损规律,该演化规律建立在等效塑性应变上,可以很好地反映结构损伤过程;通过将其引入到硬化规律考虑黄土的结构性演化,从而建立了非饱和结构性黄土本构模型.将该模型应用于Q3天然非饱和结构性黄土三轴试验及人工制备结构性黄土侧限压缩试验和三轴试验模拟,初步验证了该模型的合理性及适用性.     

岩石损伤本构模型研究

基于应变强度理论和岩石微元强度服从幂函数分布的假定,利用统计损伤力学的理论,建立了岩石破坏过程中的损伤统计本构模型,并引用试验资料对模型进行了验证。验证结果表明:模型理论曲线与试验实测曲线具有较高的吻合度,所建模型能够比较好的反映岩石在三向压力作用下的应力—应变关系和岩石强度变化特征,说明本文所建立的模型是合理的。     

基于三维Hill’48屈服准则的液压成形本构模型及数值验证

基于三维Hill’48屈服准则建立了内高压成形的力学模型,将半隐式向后Euler应力更新算法与显式有限元方法相结合,通过用户自定义子程序UMAT将本构模型嵌入有限元软件LS-DYNA中,通过单个单元的拉伸试验对其进行验证,并将本构模型应用于液压胀形过程的数值仿真模拟,与各向同性Mises屈服准则进行了对比分析.结果表明,二次开发的本构模型正确,能够较好地反映管材胀形的变形规律.     

岩石损伤软化统计本构模型

假定岩石微元强度服从Weibull分布,Hoek-Brown强度准则作为岩石微元统计分布变量,利用等效应变假说,经过严格的数学推导,得到了岩石在三维应力作用下的损伤统计本构模型,并用试验资料对模型进行了验证.验证结果表明:模型理论曲线和试验曲线具有较高的吻合度,能够比较好地反映应变软化型岩石的应力—应变关系和破坏的全过程.从而证明了该模型的合理性和可行性,具有广泛的应用前景.     

复合材料层合板双面贴补结构渐进损伤分析

提出了一种分析和预测在拉伸载荷作用下复合材料层合板双面贴补结构的极限承载能力的方法,建立了分析复合材料双面贴补结构渐进损伤的三维有限元模型.胶层用各向同性模型描述,提出了基于3个方向剪切应变描述的二次剪切失效判据来预测胶层的损伤起始,定义了与材料应力应变相关的刚度折减函数来模拟损伤后胶层刚度的连续退化.层合板用正交各向异性三维模型描述,采用基于应变描述的三维Hashin准则和Ye分层准则来预测其损伤起始,引入损伤变量来考虑层合板的损伤扩展.计算结果与试验数据吻合较好,说明该方法和模型可以有效地预测复合材料双面贴补结构的拉伸极限强度.     

宽带材拉伸弯曲变形的理论模型

应用板弯曲理论,引入平面变形假设和横截面始终保持为平面假设,采用米塞斯屈服准则,建立了各向同性理想弹塑性金属带材的拉伸弯曲变形的一般解析分析方法和模型.它突破了基于初等梁弯曲理论建立的解析分析方法的局限性,得到了在过去同类研究中无法计算的带材厚度方向的应力和应变,实现了对带材拉伸弯曲变形过程更贴切的表征.通过以某冷轧带钢厂拉伸弯曲矫直机为算例的比较计算表明,本文所提出的带材拉伸弯曲变形的"板弯曲"模型比"梁弯曲"模型有更符合实际.     

高强混凝土的连续损伤本构模型研究

基于高强混凝土的拉伸应力与应变全曲线及其特征点相对应参数，建立了拉伸损伤本构模型；通过理论分析提出了高强混凝土在二向与三向应力状态下拉、压两类损伤时的损伤耦合模型；根据混凝土结构总是拉裂破坏的事实，提出了用拉应变与损伤度双参量描述的损伤断裂准则，具有重要实用价值     

基于推广SMP准则的边坡稳定性分析

相比土工问题中通常采用的Mohr-Coulomb(MC)准则,推广的SMP(spatially mobilized plane)准则考虑了中主应力对土体强度的影响,该文比较了基于上述两准则计算得到的边坡稳定性差异。首先,通过求解三次方程将推广的SMP准则转化为应力点到等倾轴的距离ρ和应力张量第一不变量I1的线性函数,从理论上推导了平面应变条件下推广的SMP准则与MC准则之间的等效关系。然后,推导了非关联流动法则条件下基于推广的SMP准则的理想弹塑性模型的向后Euler本构积分算法,并将其编入FLAC有限差分软件,通过边坡稳定性分析的数值计算验证了理论推导结果:在平面应变条件下采用非关联流动法则时,推广的SMP准则等效于土体强度参数提高15%后的MC准则,即基于推广的SMP准则的边坡安全系数比MC准则高15%。     

拉压平面应变状态下混凝土的强度准则

对砼坝中经常遇到的、而国内外研究较少的在平面应变状态下砼的变形和强度进行了试验研究．试验内容不仅包括压压状态，而且包括了试验难度大、但对设计起控制作用的拉压状态．给出了应力－应变关系曲线，并比较了平面应变状态砼在两侧向拉压与压压受力情况的变形和强度的差异．在分析试验资料的基础上，建立了以应力和应变表述的砼在平面应变状态下的强度准则     

修正的Mohr-Coulomb破坏准则在斜侵彻过程中的应用

以杆弹斜侵彻钢纤维混凝土靶的数值模拟为目标,将HJC模型嵌入了自主开发的动态有限元HVP3D程序中,提出了考虑拉伸破坏、应变率、压力和剪力影响的修正的Mohr-Coulomb破坏准则,模拟靶板的可能破坏情况,并和最大拉应力累积破坏准则的结果进行了比较,发现修正的Mohr-Coulomb破坏准则较好地反映靶板的破坏情况.同时将修正的Mohr-Coulomb破坏准则应用到带攻角的斜侵彻数值模拟中并与实验结果进行了对比.     

脆性纤维的强度分布函数——S分布

为了先进陶瓷纤维的开发与应用，需要一个符合其实际情况的强度分布函数。本文基于强度分布函数应满足的条件，通过缺陷材料的应力分析及采用脆性断裂的破坏准则，提出了一种新的强度分布函数的具体形式，研究了尺寸等诸因素的影响，并与实验数据和Ｗｅｉｂｕｌ分布作了对比，结果表明所提出的分布函数有很广泛的实用性，对长、短纤维的强度均给出比Ｗｅｉｂｕｌ分布更正确的预测     

非饱和土真三轴双剪新强度准则及验证*

依据非饱和土的双应力状态变量理论,在俞茂宏双剪新强度准则的基础上,建立了适用于非饱和土的真三轴双剪新强度准则,并用文献非饱和粉砂刚性与柔性真三轴试验结果进行了验证.研究结果表明:该分段线性的真三轴双剪新强度准则能反映非饱和土强度的中间主应力效应及其区间性与单轴拉压不等特性,且可线性逼近拓展的非线性Spatially Mobilized Plane准则;Mohr-Coulomb强度准则的预测值偏小、外接圆Drucker-Prager准则的预测值明显偏大,这两个准则对非饱和土的真三向应力状态及试验数据均不具有很好的适用性.