基于能量耗散的应力引起的土体各向异性模型

从热力学定律出发,介绍了土体受力变形过程中能量耗散函数的合理表达形式,据此导出耗散应力空间中的屈服函数及流动法则.分析迁移应力,确定了真实应力空间中的屈服函数,并采用旋转硬化规律考虑应力引起的土体各向异性.这种模型以自由能函数和耗散函数为基础进行整体构造,自动满足热力学第二定律,不需要引入其他假定.提出了利用弹塑性本构模型计算三轴试验曲线的方法.采用遗传优化算法拟合了某土料三轴排水剪切试验结果,确定了模型参数.用得到的模型参数计算绘出其他固结应力下三轴排水剪切曲线,并与实测曲线比较,验证了模型的有效性.     

塑性耗散功的强化描述及其应用

变形材料内部存在各种微缺陷及其残余微应力场,贮存于这些微应力场中的能量对后续塑性变形有着重要的影响.注意到在非比例循环过程中不同应变路径下的塑性耗散能量间存在明显的差别,提出了基于塑性耗散能量的非比例度及强化函数,将其嵌入所得到的非经典本构理论,得到了描述金属材料非比例循环塑性的一种非经典本构模型,发展相应的算法和程序,对奥氏体304不锈钢的非比例循环塑性进行了分析,得到了与实验较为一致的结果.     

自由梁两端受阶跃载荷时的塑性动力响应完全解

采用刚塑性模型分析自由梁在两端点受到集中阶跃载荷作用时的小变形动力响应,给出了不同载荷组合下梁的变形模式,构造了其动力响应完全解,并讨论了塑性耗散在输入结构的能量中所占的比例.与自由梁单点受强动荷载作用不同,梁的变形模式取决于两端点阶跃载荷的某组合函数的值.结果结果表明:只要存在塑性耗散,耗散的能量就占外载输入能量的1/3.     

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.     

圆管内湍流流动能量耗散率近似算法的可靠性分析

为了检验能量耗散率近似算法的可靠性 ,将按近似算法计算得到的管内湍流体均能量耗散率与按热力学方法导出的解析式并采用公认的摩擦因子公式计算的体均能量耗散率进行了对比。结果表明 ,若选择适当的湍流时均速度梯度模型 ,用近似算法计算的体均能量耗散率与用解析式计算的值接近 ,说明该近似算法的准确性可以满足工程计算的需要。湍流剪切率的计算误差小于能量耗散率的计算误差。对于牛顿流体在圆管内的湍流流动 ,使用三段速度分布模型计算的体均能量耗散率比采用窦国仁式速度梯度分布模型计算的误差小。参照牛顿流体能量耗散率的计算方法 ,提出了幂律流体管内湍流能量耗散率的近似算法。对于幂律流体 ,以管壁处表观粘度代替牛顿流体粘度 ,并采用牛顿流体时均速度梯度模型 ,按近似方法计算得到的体均能量耗散率与按解析式计算的结果吻合     

廻转梁受强动载荷作用的刚-塑性动力响应

核电站及化学工厂中的一些管道结构不可避免地会受到强动载荷的作用,本文基于理想刚塑性模型,分析了在跨度中点受刚性质量块横向撞击作用的甩动管理论模型,即一端铰支,一端自由的廻转梁的塑性动力行为。给出了描述廻转梁早期响应历程的完全解,详细讨论了质量比等有关参数对结构变形和塑性能量耗散的影响以及初始输入能量的分配。研究结果表明,质量比参数对梁结构的动力行为有重要的影响;在能量耗散方面,输入的能量并不全部转化为塑性耗散能,至少有一部分输入能量要转化为动能。     

考虑各向同性塑性损伤的钢结构塑性区分析方法

基于更新拉格朗日构形的增量虚位移原理和三维空间薄壁构件理论,以构件拉弯、压弯、纯弯及扭转状态下平衡微分方程的解作为形函数,详细推导了考虑截面翘曲影响的空间薄壁梁柱单元的几何非线性切线刚度矩阵;基于结构钢各向同性塑性累积损伤的本构关系,以及能反映Baus-chinger效应和屈服面扩张的Zeigler混合强化模型、Von Mises屈服准则、相关流动法则,推导了考虑材料损伤和混合强化本构关系的弹塑性刚度矩阵.算例证明文中的方法可以达到较高的精度,从而为进行空间钢框架结构考虑损伤的高等分析提供了依据.     

基于塑性理论的活性粉末混凝土梁抗剪承载力

对14根分别考虑了剪跨比、钢纤维含量、配箍率、配筋率以及纵筋强度影响的HRB 500级纵筋活性粉末混凝土(RPC)梁进行受剪试验,得到其抗剪承载力实测值.基于塑性理论对其进行分析,推导出RPC梁的受剪承载力公式与简化公式,采用该式对构件的抗剪承载力进行了预测,将计算结果与实测值和现行规范公式的计算结果进行了对比.结果表明:基于塑性理论所推导的公式能很好地预测RPC梁的抗剪承载力;简化公式的计算结果离散性不大,适合于工程使用;现有规范的计算结果均较保守,但《纤维混凝土结构技术规程》在材料强度修正中的某些思路值得RPC梁借鉴.     

圆管内湍流流动能量耗散率近似算法的可靠性分析

为了检验能量耗散率近似算法的可靠性。将按近似算法计算得到的管内湍流体均能量耗散率与按热力学方法导出的解析式并采用公认的摩擦因子公式计算的体均能量耗散率进行了对比。结果表明,若选择适当的湍流时均速度梯度模型。用近似算法计算的体均能量耗散率与用解析式计算的值接近。说明该近似算法的准确性可以满足工程计算的需要,湍流剪切率的计算误差小于能量耗散率的计算误差,对于牛顿流体在圆管内的湍流流动,使用三段速度分布模型计算的体均能量耗散率比采用窦国仁式速度梯度分布模型计算的误差小,参照牛顿流体能量耗散率的计算方法,提出了幂律流体管内湍流能量耗散率的近似算法。对于幂律流体,以管壁处表观粘度代替牛顿流体粘度,并采用牛顿流体时均速度梯度模型。按近似方法计算得到的体均能量耗散率与按解析式计算的结果吻合。     

形状记忆合金本构模型的热力学框架

基于形状记忆合金(SMAs)在相交过程中的热力学势和能量耗散来建立形状记忆合金的本构模型框架，通过采用不同独立变量(应力、应变、温度和熵)的组合来选择不同的能量函数(内能、Helmhohz自由能、Gibbs自由能和焓)，用内状态变量考虑相交过程中的能量耗散，则SMAs的本构模型完全可以由热力学势及能量耗散函数来建立，实例表明其可行性.     

素混凝土轴压构件单位体积材料耗能公式建立

利用OpenSEES系统,基于Lazan材料阻尼与应力关系的研究理论,采用Hognestad混凝土本构关系模型及Karsan-Jirsa加卸载准则,计算素混凝土构件在轴向重复荷载作用下的滞回曲线包围面积,得到混凝土正应力作用下单位体积损耗能量.分析计算结果表明,素混凝土材料单位体积损耗能量随最大应力幅值的提高而增大,在相同最大应力幅值处混凝土强度越高,单位体积耗能越小.对结果非线性回归建立了素混凝土材料单位体积耗能与最大应力幅值及混凝土强度之间的关系式,在理论上为混凝土材料阻尼的计算提出了新的思路及方法,也为进一步准确分析其结构动力性能、进行安全经济合理的抗震设计打下基础.     

多场耦合下大体积混凝土初次蓄水的温度应力问题研究

在大体积混凝土坝初次蓄水时,温度较低的库水必然会对坝体温度场产生较明显的影响,从而影响坝体的变形,甚至产生温度裂缝.为分析大体积混凝土初次蓄水的温度应力,本文将混凝土类多孔介质视为连续介质,综合运用水力学、热学和固体力学等基本理论,根据动量守恒、质量守恒和能量守恒方程建立了以位移、孔隙水压力、孔隙气压力、温度和孔隙率为未知量的多场耦合数学模型,在此基础上编制了有限元计算程序,并对大体积碾压混凝土块的渗流场、温度场和应力场进行了耦合分析,结果表明,考虑耦合后块体温降幅度及温度大主应力均较不考虑耦合条件下大.     

水下爆炸能量耗散特性分析研究

基于特征线理论得到了水中冲击波的近似传播规律,提出了炸药水下爆炸冲击波传播过程中的熵变及能量耗散特性的近似评估方法.使用该评估方法,对TNT和RS211两种炸药水下爆炸近场冲击波传播过程中的能量耗散进行了计算.研究表明,水下爆炸近场的冲击波超压峰值迅速衰减,熵增与能量损失主要发生在水下爆炸近场的10倍装药半径范围内.对于TNT和RS211两种炸药,20倍装药半径处水中冲击波的能量耗散分别约为水下爆炸总能量的34%和32%,与水下爆炸试验结果基本一致.     

双向偏压剪反复扭构件抗震性能试验研究

通过对 8根承受双向偏压力、剪力作用的钢筋混凝土柱在低周反复扭矩作用下的抗震性能试验 ,对钢筋混凝土复合受扭构件的破坏形态、滞回曲线、延性及耗能、承载力、刚度及滞回阻尼等特性以及轴压比、相对偏心距对它们的影响进行了分析 .并通过空间变角桁架理论推导出扭矩、轴压力、双向弯矩和双向剪力间的承载力相关公式 ,最后通过相关公式和试验结果拟合出极限扭矩实用计算公式 .分析表明公式计算值与试验值符合较好     

编织纤维混凝土耗散性能研究

研究正交纤维格栅织物增强混凝土的动力性能和耗散的机制。格栅织物通常用在土体的固定方面,在混凝土工程的应用方面较少。纤维编织格栅混凝土是纤维增强材料混凝土一种功能上的更新和进步,显示了混凝土基体材料与编织格栅的相互作用和便捷的施工工艺。     

钢筋钢丝网砂浆加固钢筋混凝土方柱耗能特性数值分析

为了提升钢筋混凝土柱抗震加固效率,采取钢筋钢丝网砂浆加固方法,同时研究加固后的耗能特性。本文结合3根钢筋混凝土方柱拟静力反复加载试验,依据Mander模型建立了钢筋钢丝网约束混凝土的应力-应变关系,并与试验相互对比验证。在此基础上进行了不同因素条件下72个钢筋混凝土试件的数值分析研究,主要因素包括剪跨比、纵筋配筋率、配箍率、混凝土强度等级和轴压比。结果表明：建立的钢筋钢丝网砂浆加固RC方柱数值模型耗能计算结果与试验值吻合良好;结合灰色关联度参数分析,影响试件耗能的因素依次为剪跨比、纵筋配筋率、配箍率、混凝土强度等级和轴压比。     

基于热力学方法的甲烷水合物沉积物本构模型

甲烷水合物沉积物的力学特性研究尚处于起步阶段,较系统的试验数据仍然不够充分,能够描述甲烷水合物沉积物力学特性的本构模型也不多.基于热力学原理和临界状态的概念的本构模型,可以自动满足热力学定律,其流动法则和屈服函数都可以很自然地从耗散函数中导出.首先介绍了基于热力学方法的甲烷水合物沉积物本构模型,并利用已有的甲烷水合物沉积物的三轴试验数据对模型进行了验证,进一步地应用该模型分析应力间距比对甲烷水合物沉积物力学特性的影响,强调应力间距比和屈服面形状在模型构造中的重要性.模型参数分析表明,应力间距比对甲烷水合物沉积物排水和不排水应力-应变关系、有效应力路径以及剪胀关系都有明显的影响.     

面-面接触铝合金紧固件微动疲劳寿命预测方法研究

针对具有面-面接触特征的铝合金紧固件,根据其接触特点,建立有限元模型计算了其应力场分布。考虑接触面高轴应力梯度的力学响应,用接触面应力三维度的概念来反映微动疲劳多轴应力状态。考虑损伤和弹塑性势能的耦合,从热力学第二定律出发,基于损伤力学本构方程,推导出基于热力学耗散势函数的耦合损伤演化模型。结合实验参数,得到预测铝合金紧固件微动疲劳寿命的方法。寿命预测结果与实验值进行对比,误差分散在25%范围内。     

方钢管约束钢筋混凝土柱拟静力有限元分析

采用ABAQUS软件建立5根方钢管约束钢筋混凝土(STRC)柱的三维实体精细有限元模型并进行拟静力分析,模型考虑了混凝土的塑性损伤性质和钢材的弹塑性混合强化性质以及钢管、钢筋对核心混凝土的约束作用.在破坏形态、荷载-位移滞回曲线、荷载-位移骨架曲线和刚度退化-位移曲线的有限元结果与已有拟静力试验结果吻合较好的基础上,进一步分析了各部件的应力-应变和塑性耗能特征.结果表明:①高轴压比0.8作用下,钢管的约束作用可显著减小核心混凝土、纵筋和箍筋的应变峰值,提高柱的总塑性耗能值而降低核心混凝土的塑性耗能占比,延缓核心混凝土压碎破坏,提高承载力和延性;②当轴压比由0.34增大为0.65、0.8,各部件的压应变峰值以及总塑性耗能值都增大,核心混凝土的耗能占比增大而更易压碎;③当混凝土强度等级降低,钢管作为延性材料承担了更大比例的塑性耗能,提高了柱的延性.