基于广义位势理论的非共轴本构模型验证

基于广义位势理论提出的考虑拟弹性塑性变形的弹塑性模型,把塑性应变增量分解为满足弹性分解准则的拟弹性部分和符合传统塑性理论假设的纯塑性部分,这样得到的塑性应变增量方向不仅与应力状态有关,而且与应力增量相关,为解决土的非共轴性问题提供一种有效的方法。通过单剪试验结果及含主应力轴旋转的土体平面问题数值模拟对模型的合理性进行检验。研究结果表明:本文模型计算结果与试验结果吻合较好,且能够描述单剪试验过程中的非共轴现象;此外,与共轴模型数值模拟结果相比,本文模型能够考虑主应力轴旋转产生的土体塑性变形,计算结果更符合实际。     

岩土工程应力、应变增量方向一致性问题研究

岩土工程研究的重要对象岩土具有非连续、非均质、各向异性的特点,所以在对岩土工程的分析中,应力、应变的关系始终是一个重要问题。传统分析方法简单的认为塑性应变增量方向唯一的取决于应力状态,而与应力增量无关。文本拟通过理论推导来证明在实际岩土工程中应力和应变增量方向存在着不一致性,并试着对未来应力、应变增量方向的研究方法进行了展望。     

基于弹性解的结构弹塑性分析的混合法

提出一种利用由试验或计算获得的三维弹性应力解，根据塑性模型理论，按原型材料的广义应力与广义应变关系曲线以及塑性力学伊留申理论，将该弹性解转换为相应结构中的弹塑性解的试验－计算混合解法，实例验证表明，本方法是可行的。     

弹塑性本构方程的一般关系式

本文导出了比较普遍适用的弹塑性流动法则及本构方程,可以考虑应力应变模式的非线性性及其在弹性阶段和塑性阶段的非连续性;推出了正交流动法则成立的条件,并导出了塑性应变增量偏离正交方向的角度表达式以及判断变形处于硬化、软化还是理想塑性状态的计算关系式。     

广义塑性力学及其运用

分析了经典塑性力学用于岩土类材料的问题，它采用了3个不符合岩土材料变形机制的假设。从固体力学原理直接导出广义塑性位势理论，将经典塑性力学改造为更一般的塑性力学——广义塑性力学。广义塑性力学采用了塑性力学中的分量理论，能反映应力路径转折的影响，并避免了采用正交流动法则所引起的过大剪胀等不合理现象，也不会产生当前非关联流动法则中任意假定塑性势面引起的误差。给出了广义塑性力学的屈服面理论、硬化定律和应力-应变关系，并建立了考虑应力主轴旋转的广义塑性位势理论。屈服条件是状态参数，也是试验参数，只能由试验给出。应用     

一种非共轴应变硬化本构模型数值应用及离心机试验验证

在土体的剪切变形过程中,当主应力方向产生旋转时,主应变增量方向与主应力方向之间存在显著的非共轴现象.同时,机动摩擦角、膨胀角随着累积塑性偏应变的增长而增加,土体具有应变硬化的特点.传统的弹塑性本构模型不能够反映上述现象对地基承载力特性的影响.为了能够对地基承载力问题进行合理的分析,建立了一种非共轴应变硬化模型,并将该模型运用到有限元计算中.通过与三轴试验和离心机模型试验结果进行对比,对该模型在数值应用中的合理性进行了验证.研究结果表明,该模型能够对不同围压下的应力-应变关系进行预测.对浅基础承载力问题进行研究时,非共轴应变硬化模型的计算结果比传统弹塑性本构模型更加接近于离心机试验结果,验证了该模型的数值应用合理性.     

拉伸装夹改变铣削残余应力的机理研究

基于平面应变的热弹塑性理论分析了拉伸装夹加工残余应力的形成原理,建立了拉伸装夹加工的应变叠加模型,认为残余应力由加工表面的塑性应变决定,而加工表面的塑性应变是加工过程引入的塑性应变和拉伸装夹产生的初始弹性应变之和. 开展了TC4钛合金的拉伸装夹铣削试验,铣削速度从38m/min到566m/min,拉伸装夹产生的初始应变从0和3.0‰, 铣削完成后,在铣削面内与拉伸方向呈0、30、90、120度的四个方向上分别测量了残余应力.试验结果表明在四个测量方向上拉伸装夹引起的残余应力变化量和产生的初始弹性应变一是致的,验证了应变叠加模型的正确性。     

钢筋混凝土曲线箱梁非线性分析的有限段元法

建立了一种钢筋混凝土曲线箱形梁非线性分析的计算模型 .为处理材料非线性横截面采用了有限分割法 ,沿跨长方向采用高斯积分法 .由亚弹性正交各向异性理论 ,建立了混凝土的本构模型 .采用了Darwin和Pec knold的非线性应力 -应变表达式 ,将三维弹塑性问题分解为一维问题的组合求解 .使得计算量大大减少 ,节约计算容量 .算例表明了模型的有效性和正确性 ,能反映钢筋混凝土箱形梁在单调加载条件下从弹性、非弹性直至极限荷载范围内的应力、应变和挠度的情况     

单轴受拉状态下混凝土非局部化细观损伤模型

以非局部化理论和随机损伤力学为基础,从细观机制出发考虑断裂和塑性滑移的影响,提出了非局部细观损伤模型.利用残余应力系数反映塑性滑移对损伤细观机制的影响;利用非局部化比例解决层数敏感性问题.结合细观和宏观两个尺度进行损伤本构模型建模,描述混凝土内部的应变发展、损伤演化以及沿受力方向任一高度处的应力-应变关系.基于非局部化比例分析得出的应力-应变关系与实验结果符合较好.     

基于Hoek-Brown准则的非常规态型近场动力学弹塑性模型

岩石介质在不同荷载环境下具有显著的弹塑性变形特征和断裂力学行为。为了同时描述岩石的弹塑性变形连续场以及断裂力学行为的非连续场,提出了一种基于Hoek-Brown强度准则的非常规态型近场动力学（non-ordinary state-based peridynamics, NOSBPD）弹塑性模型。首先,基于非局部变形框架下的材料对应性关系,建立了以Hoek-Brown强度准则为屈服准则的NOSBPD弹塑性本构方程,通过主应力空间的返回映射算法得到给定应变增量对应的应力增量,并给出了相应的增量模型积分算法;其次,提出了基于等效塑性应变的断裂准则,实现了岩石弹塑性断裂全过程力学行为的表征;最后,通过引入非均匀变形状态消除了NOSBPD模拟存在的零能模式问题。基于数值模拟结果与有限元结果以及试验数据进行对比分析,验证了所建立模型的正确性,可为岩石的弹塑性断裂力学行为研究提供有效分析手段。     

弹塑性轮盘应力场分析

一、概述 近年来日趋完善的弹塑性理论为更新传统的强度计算方法开辟了广阔的前景。一种新的指导思想是:在高应力的机械转动部件上,对具有大中心孔的圆盘和大紧度的盘轴联结采用弹塑性设计,从而利用局部塑性变形来达到结构简单,减轻重量的目的。 我们知道,轮盘处于弹性状态时,其应力与应变成正比、弹性横量E为常数。当盘内某些地方应力超过材料的弹性极限时,该部分的应力——应变不再遵循线性关系。此时按E为常数计算得到的应力分布将不再符合实际情况。实际情况是:应力超过材料弹性极限的部分将进入塑性状态,而其余部分则仍处于弹性状态。这时轮盘内既有弹性区又有塑性区,即称为弹塑性轮盘。     

有强化材料圆形压力孔道体的弹塑性解析分析

采用弹性-幂律塑性本构模型来考虑材料的应变硬化特性,基于Hencky全量理论和Von Mises屈服准则,用应力解法统一导出了有强化材料圆形压力孔道体孔道附近的弹塑性应力、应变和位移分量的封闭表达式,为圆形压力孔道问题的力学分析建立了一种新的解析格式。分析表明,已知的含圆形压力孔道体的线弹性Lame解和弹性-理想塑性P.Hill解只是本文解的两个特例。本文解作为一般解,既能反映材料的弹性变形,也能计入材料的塑性应变强化。     

塑性本构关系应变路径理论的弹塑性有限元研究

应变路径理论与传统的增量理论不同之处在于其偏应力增量和偏应变增量之间为一非线性关系。本文推导出了该理论在空间、平面以及轴对称状态下的弹塑性矩阵。     

考虑水-力耦合效应时软化围岩解析

基于线性Mohr-Coulomb(M-C)强度准则,改进考虑水-力耦合作用下应变软化围岩深埋圆形隧道的应力与位移求解的逐步位移法。该方法全面考虑水-力耦合作用下围岩强度和变形参数的劣化、剪胀角和塑性区内弹性应变的变化。基于平面应变的假设和改进的逐步位移法,将整个塑性区分为n个同心圆环,以弹塑性交界面处的应力应变作为塑性区的初始值,获得塑性区内的应力及位移解。同时,对水-力耦合作用下的强度及变形参数进行分析。研究结果表明:在考虑水-力耦合作用下,应力减小,收敛和塑性半径均变大,位移与塑性半径提高幅值分别为27.00%和3.17%。     

边界元弹塑性分析的预测-校正迭代法

本文提出一种预测-校正迭代方法,使边界元初应变法的弹塑性分析可以适用于包括非强化材料在内的各种塑性流变特性的材料。其原理是利用结构因子即内部单元对其初应变的弹性响应来校正每步增量载荷作用下预测的塑性应变增量,使塑性区的等效应力逐步返回到屈服面上。在中型计算机上对均匀拉伸的双V缺口平板按理想弹塑性材料进行了弹塑性应力分析,计算结果与有限元法的结果十分一致,但计算时间大为缩短。在均匀内部应变的基础上,还给出一个区域型积分和边界型积分的转换关系,当采用简单几何形状的常数内部单元时,利用这个关系可以方便地得到内部单元区域积分的精确表达式。     

航空铝合金应变空间弹塑性本构模型

从应变空间表述的塑性增量本构模型一般形式出发,根据航空铝合金等线性强化材料特性建立应变空间弹塑性本构模型。应变空间本构模型所需参数通过应力空间中对应参数转化得到,材料的屈服准则、流动法则、内变量和塑性模量等准则及参量均以应变空间的形式建立,从而构建适合铝合金等线性强化材料的弹塑性增量模型。通过算例计算,证明该模型与应力空间增量本构模型等效。该模型所需计算变量为可在线获得的应变,使应力分析计算大为简化,可以方便地求解应力空间本构模型难以求解的强化材料变形问题。因此特别适合于航空铝合金厚板预拉伸等金属变形加工工艺的应力分析。     

非共轴特性对岩土材料应变局部化行为影响的数值研究

岩土材料的各向异性特征使其在主应力旋转的加载条件下出现主应力和主塑性应变率不共轴的现象,而传统的塑性流动理论默认两者是共轴的,导致无法正确预测应变局部化分叉的开始。另外,基于经典连续体理论的传统本构模型在模拟应变局部化边值问题时,由于没有任何内部长度参数,导致无法反映剪切带的宽度及发展演化。为此,本文建立了一个基于微极理论的非共轴弹塑性本构模型,研究岩土材料非共轴特性对剪切带的萌生、宽度和演化的影响,并与基于经典连续体理论的结果进行比较。发现基于微极理论的非共轴弹塑性模型不仅能够准确预测剪切带的萌生,而且能够很好地描述非共轴特性对剪切带宽度的影响。     

基于强度理论的岩石损伤弹塑性模型

根据单轴受力特性曲线唯象地考察岩石材料损伤演化,定义弹性应变表示的一维损伤变量及其本构模型,利用双剪强度理论将其推广至三维模型.塑性是潜在破坏面的摩擦滑移,在传统塑性理论的框架中,建立了基于摩尔-库仑强度理论与潜在滑移面摩擦软-硬化特性的各向异性损伤弹塑性本构关系.结果表明,计算的损伤演化与CT观测结果符合很好,用本文的弹塑性模型反映损伤材料的力学特性是可行的.     

连铸薄板坯的二维热弹塑性蠕变应力模型

薄板坯连铸是目前世界各国竞相发展的重大新技术。其技术的重要关键是保证薄板坯具有良好质量,铸坯的理解纹缺陷较少。针对这一目的,文中建立了薄板坯连铸二维热弹塑性蠕变应力（TEPC）模型。给出了高温蠕变条件下薄板坯弹性区、塑性区和过渡区的应力应变本构关系及考虑高温蠕变因素的等效塑性应变增量的表达式。给出了较准确的应力模型边界条件。TEPC模型具有较高精确性,可用于分析高温铸坯中的应力应变状态。     

关于非线性非局部应变梯度模型的探讨

考虑线性软化模型不能反映材料软化变形复杂性的不足,选取高斯正态分布函数作为非局部理论的权函数,同时采用指数型应力衰减模式考虑软化的非线性特征,进一步地将这种非线性非局部理论与采用Laplace算子考虑塑性应变梯度效应的塑性梯度理论相结合,建议了一种非线性非局部应变梯度模型,并据此针对各向同性单向拉伸杆的力学响应进行了分析,将计算结果与线性软化模型进行了对比.结果表明:在非线性软化模型中,尽管塑性应变分布形式与线性软化模型的相同,但塑性应变同时依赖于应力降与破坏极限应变,两者最大应变是不同的.