压剪耦合损伤演化方程在混凝土本构模型中的应用

将等效微孔洞体系的概念与有核长大模型的思想相结合,根据有关物理关系通过严格的数学推导,提出了一种脆性材料的压剪耦合损伤演化方程.将该演化方程应用于混凝土脆弹性损伤软化本构模型之中,通过对混凝土一维应力条件下的实验应力应变曲线的优化数值模拟确定了损伤演化方程中的材料参数.研究结果表明,应用含损伤的本构关系和该压剪耦合损伤演化方程能得到损伤随时间变化的曲线,该曲线与采用CT技术观测的混凝土内部微孔洞扩展图像和结果有较好的一致性.所提出的损伤演化方程揭示了脆性材料压剪耦合损伤发展的宏细观机制,为更好地分析计算混凝土的高速贯穿等问题奠定了基础.     

一种延性材料的统计损伤演化模型

通过对微孔洞成核,成长过程的合理简化,建立了微孔洞演化的控制方程,得到了延性材料微孔洞数密度及损伤演伤方程的解析式。据此讨论了孔洞成核和成长对损伤演化的作用,为连续损伤理论的唯象描述提供了有参考价值的分析。提出了统计损伤与连续损伤理论相结合的损伤演化模型的锥形。     

煤岩非线性损伤蠕变模型探析

为了研究煤岩蠕变特性,分析前人煤岩蠕变特性实验结果,在广义Kelvin模型的基础上建立了煤岩非线性损伤蠕变理论模型。假定煤岩损伤演化是应力和时间的函数,同时引入非线性硬化函数推导了煤岩非线性损伤衰减蠕变方程和蠕变全过程方程。任意给定方程中材料参数和加载条件,理论得到了煤岩衰减蠕变和蠕变全过程随时间变化曲线,对比前人煤岩蠕变实验结果,验证了用理论模型去研究煤岩的蠕变特性是可行的。     

石灰岩损伤演化的断裂力学模型及耦合方程

采用断裂力学方法分析裂纹起裂条件 ,建立腐蚀损伤岩体水力 (劈裂 )损伤的演化方程 .水化损伤的演化用矩(碟 )形板模型表示 ,用化学动力学的方法———PWP(Plummer Wigley Parkhurst)方程推导出水化损伤的演化方程 ,在此基础上 ,通过拉剪状态下水化 -水力耦合损伤演化模型 ,建立了水化 -水力耦合损伤演化方程 ,并结合工程实例将其用于耦合损伤条件下应力强度因子和渗透张量的计算     

基于应变状态的岩石损伤演化模型

针对基于几何特征统计的损伤张量难以描述由局部应力集中或局部变形不协调引起的损伤局部化现象问题,建立了基于材料应变状态的损伤张量,并根据弹脆性本构关系和相应的屈服准则推导损伤演化方程,研究脆性岩石材料的损伤效应.实例计算表明,基于材料应变状态建立的损伤模型有更快的损伤演化速度,更能反映脆性岩石的性质.     

韧性材料的细观力学实验和数值模拟研究

引入能够定量描述内界面的细观统计参量-形状因子,定义了基于内界面形状因子的损伤变量,建立了相应的细观力学模型,探索细观组织演化和材料宏观响应关系的力学问题。通过宏细观相结和的方法,对韧性金属材料的内界面进行实验研究和数值计算。通过对比试验和数值计算结果,认为可以用形状因子能够反映材料细观组织的演化情况,用损伤变量能够表征材料的损伤程度。并得到了内界面演化随应变发展的演化方程。对于发展和应用宏-细观相结合的损伤力学理论,对阐明韧性材料的变形、损伤、破坏机制有重要意义。     

混合强化材料的损伤演化律及内时损伤本构方程

在Ｇｕｒｓｏｎ理论基础上，通过对空洞模型的分析，推导出各向同性／运动混合强化材料的损伤演化和弱化函数的表达式，并将其嵌入内时本构框架，得到了损伤弹塑性大变形内时本构方程。编制了相应的轴对称有限元分析程序，用其分析圆柱拉伸试件的颈缩，得到与实验较为吻合的结果。     

地震作用下大体积混凝土结构损伤发展估计

建议了一种地震荷载作用下混凝土结构损伤发展估计的思路和方法,通过混凝土结构在循环荷载作用下损伤演化特点的分析,推导出一种考虑组合效应的损伤演化方程.该方程反映了混凝土材料在复杂荷载作用下的多轴效应,形式简单便于数值实现.对实际工程动力损伤分析的结果表明,损伤理论更适用于混凝土结构的力学性能分析.     

一种多轴高周疲劳损伤演化方程的封闭解

损伤力学法应用于疲劳损伤分析被公认为非常有前途的研究方法,该方法以连续介质力学和热力学为理论框架推演损伤演化方程,具有确定的物理和力学意义。考虑多轴非比例附加强化效应的损伤演化方程并结合损伤度历程追踪标定累加计算方法,导出计及附加强化效应的多轴高周疲劳损伤演化方程的封闭解答,应用该解答给出伤演方程中的材料参数识别方法。以航空工业常用金属材料强化铝合金LY12CZ的多轴高周疲劳试验数据为算例,验证该封闭解的正确性和材料参数识别方法的可行性。     

复合材料层合板在低速冲击作用下的损伤分析

进行了复合材料层合板在低速冲击载荷作用下的损伤模拟数值分析。建立了实体单元与cohesive界面单元相结合的有限元分析模型。建立了面内和层间损伤逐渐累积的损伤模型,采用强度准则和适当的刚度退化方案表征基体与纤维的各种面内损伤形式。根据基于应变的失效准则和能量释放率准则来判断分层损伤的起始和扩展,以界面单元的失效表征分层扩展。实例计算结果和实验结果对比分析表明,本文所采用的模型、算法与损伤处理方法是合理的。     

金属材料动态响应过程中的卸载特性

 针对金属材料卸载过程中计算结果与实验数据之间存在比较大差异的现象,在卸载段采用与加载段不同的剪切模量,描述金属材料动态响应过程中卸载初期的准弹性卸载过程,结合所选取的本构模型和损伤演化模型,对靶材料冲击加载过程中的卸载、损伤、层裂等过程进行理论和数值模拟研究,数值模拟结果表明,文中采取的模型,对于动态响应过程中准弹性卸载过程、后续的损伤以及完全层裂过程的描述比较合理,获得了与实验数据符合比较好的计算结果。     

煤岩非线性损伤试验及理论模型

为了研究煤岩材料的损伤演化过程,分别对煤和砂岩试样进行了轴向应变控制、定常环向应变控制、不同围压下的单轴压缩和三轴压缩试验研究,观察煤岩的实验损伤演化过程;对试验数据进行分析,结合煤样的变形损伤特征,基于损伤力学和热力学基本原理,推导并建立了煤岩非线性损伤演化方程和煤岩试样非线性损伤本构方程.通过试验结果验证了煤岩材料的非线性损伤理论的合理性,同时也丰富了煤岩损伤理论体系.     

板件宽厚比对高层钢结构压弯构件滞回性能的影响

根据能量等效性假设及热力学第二定律，推出损伤材料的弹性本构方程；采用混合强化准则，考虑Bauschinger效应、屈服平台、硬化(软化)效应及损伤和损伤演化影响，建立了结构钢弹塑性各向异性损伤本构关系．结合构建的本构关系，采用八节点超参数壳体单元，推导了用U．L．格式及Cauchy应力描述的板壳双重非线性有限元方程，并编制了计算程序．分析了翼缘宽厚比、腹板高厚比对工形截面钢压弯构件滞回性能的影响，提出了压弯构件板件宽(高)厚比限值公式及相关公式．     

研究混凝土材料动态力学性能的实验技术

采用波形整形技术、万向头技术和应变直接测量技术测量了混凝土材料的动态应力-应变曲线;通过损伤"冻结"试验及相应的MTS静态试验研究了混凝土材料的损伤演化规律;利用Hopkinson压杆技术直接测得层裂信号,进而可确定混凝土材料的层裂强度.     

基于韧性断裂准则的AZ31B镁合金板材成形极限预测

结合损伤起始判据和损伤演化准则,建立了完整的韧性断裂准则,基于ABAQUS中韧性损伤材料模型对AZ31B镁合金板材成形极限进行了预测。通过拟合单向拉伸应力应变曲线得到材料本构模型及损伤演化参数,建立了板材的Nakazima半球形凸模胀形有限元仿真模型,再基于韧性断裂准则预测了AZ31B镁合金板材室温下的成形极限,并分析了不同板材断裂失效判据对成形极限的影响。研究结果表明,基于所建立的韧性断裂准则,并以损伤演化过程中应变路径转变作为断裂失效判据,可以较准确地预测镁合金板材成形极限,得到的成形极限图与实验结果吻合较好。     

钢纤维增强聚合物改性混凝土的疲劳损伤行为

对钢纤维增强聚合物改性混凝土这种新材料的弯曲疲劳损伤特性进行了试验和理论研究,并且和钢纤维增强混凝土进行了对比.通过合理定义损伤变量,由试验测定了新材料和钢纤维增强混凝土的疲劳损伤及其演化规律;根据疲劳累积损伤理论,提出了新形式的疲劳损伤演化方程,与试验结果对比,该方程能较好地反映新材料的损伤演化规律.对两种混凝土材料在相同加载应力水平下的疲劳损伤演化行为进行了比较,结果表明钢纤维增强聚合物改性混凝土比钢纤维增强混凝土具有更好的抗疲劳性能.     

塑性与损伤不同耦合状态的热力学阐述

为了准确描述塑性与损伤在不同耦合状态下材料的本构关系特性, 将塑性与损伤视为具有耗散特征的内变量.在不可逆热力学理论框架下基于正交准则和极值原理, 阐述内变量演化律的数学表达和流动法则特性,同时利用相应的实例展示了分析推导过程并验证了理论结果的正确性.结果表明: 在一阶齐次条件下, 强耦合状态内变量演化律表示为对称矩阵与对偶广义力的乘积, 弱耦合状态则表示为对角矩阵与对偶广义力的乘积; 同时在利用热力学极值理论推导演化律方程的过程中, 强耦合状态下所有内变量服从同一屈服准则和广义流动势函数,弱耦合状态下各内变量具有独立的屈服准则和流动法则.     

岩石连续损伤统计本构模型

基于岩石微元强度概率分布理论，以Drucker-Prager破坏准则为统计分布变量，建立了理论的岩石损伤变量演化方程和三轴条件下岩石损伤弹性统计本构模型。利用任意条件下的三轴试验数据，用曲线拟合法和极值法求解了所建模型的参数，并用试验结果对所建模型进行了验证。模型计算结果与试验结果吻合较好，这说明用Drucker-Prager准则为统计分布变量建立的损伤模型能够较好地反映岩石内部缺陷分布和变形特征，表征岩石材料在弹性阶段的本构关系。     

考虑剪切非线性的复合材料渐进损伤模型

针对具有明显剪切非线性的复合材料,提出了一种考虑剪切非线性影响、能够分析和预测复合材料层合板极限承载能力的损伤模型.采用Ramberg-Osgood方程描述层合板剪切非线性的应力与应变本构关系,基于连续介质损伤理论建立了分析复合材料结构渐进损伤的三维有限元模型,采用已有的应变描述的三维Hashin失效准则和Ye-分层失效准则预测其损伤起始,引入损伤状态变量来分析层合板的损伤扩展,通过UMAT子程序实现了损伤模型的模拟,并运用黏性正则化方法确保计算收敛.同时,将模型运用于AS4/PEEK复合材料开孔层合板渐进损伤实验的模拟分析.结果表明,模拟计算结果与实验结果较吻合,对比已有模型的预测结果,所提出的方法具有更高的准确性.     

三维渐进损伤的复合材料层合板低速冲击模型

为了有效反映复合材料层合板面内和层间的非线性损伤,建立了一个新型的损伤模型,该模型基于三维实体单元和内聚力单元可以有效分析复合材料层合板在低速冲击作用下的层内和层间非线性失效行为.对于复合材料层合板面内损伤,以改进的Hashin失效准则作为起始损伤准则,提出了一种基于能量释放率的损伤变量指数渐进演化模型,既描述了复合材料损伤的渐进失效过程,又避免了材料刚度突然下降导致刚度矩阵奇异的不足,同时引入特征长度来降低结果对网格的依赖性,最终建立了单层板的渐进损伤非线性分析模型;针对层合板的层间损伤,采用内聚力单元来模拟,通过结合传统的应力失效准则和断裂力学中的能量释放率准则定义了界面损伤演化规律.该损伤模型通过商用有限元软件ABAQUS/Explicit的用户子程序VUMAT实现,并使用该模型对碳纤维增强环氧树脂复合材料层合板在横向低速冲击作用下的损伤和变形行为进行预测分析.数值仿真的结果与试验结果进行了比较,吻合良好,验证了该模型的有效性.