简析混凝土本构关系模型

建筑工程中最常用的材料是混凝土,本文对其本构关系模型的研究现状作了简要的介绍和评述,并对其今后的发展趋势阐述了一些自己的看法.     

高温混凝土的非线性多轴热力学本构模型研究

从混凝土结构材料的弹塑性变形与热应力交互作用角度，研究了材料在高温下应变率与流动定律，粘塑性与塑性加载函数，加卸载准则，得出了一种新的高温混凝土非线性多轴热力学本的构模型。     

混凝土双向受力下非线性弹性本构关系的分析方法

介绍了基于非线性弹性理论建立的不同本构模型的分析方法,给出并推导了模型中各变量的表达形式,以便描述混凝土在压缩范围内及破坏前的非线性变形,作为建立混凝土本构理论精确数学模型的基础.这些弹性模型必须与定义材料的破坏准则、定义压溃的断裂准则和"应变软化"混凝土在破坏后的应力转换结合起来.     

平面应力状态下混凝土的本构模型

在混凝土的非线性有限元分析中，需要模拟混凝土的应力-应变关系，根据混凝土单轴受压典型曲线特征，采用Hermite插值给出了混凝土单轴受压条件下具有明显几何意义的σ-ε关系，以给定的混凝土强度准则为基础，给出了混凝土平面应力状态下的增量本构关系，利用特征屈服半径的概念将初始屈服面、后续屈服面以及破坏面表达为一个统一的形式；特征屈服半径的概念将平面应力状态下混凝土的本构关系与单轴受压状态统一起来，使问题的处理一体化，计算结果与试验结果的比较，验证了本构模型的可靠性。     

GA混凝土高温粘弹变形的非线性本构模型

采用改进的Burgers模型推导出GA混凝土高温变形性能的粘弹性本构模型,并通过动态贯入度试验(DPT)回归改进的Burgers模型参数及其验证模型的适用性和可靠性.研究结果表明,该模型从本质上揭示模型参数和试验参数对GA高温变形的影响规律,可以有效地预测GA高温条件下永久变形的变化规律;采用DPT能较准确地反映GA混凝土在车辆荷载作用下的实际受力状况,较现有的评价方法有实质性改进;通过在50℃和60℃条件下的DPT试验可知,GA混凝土的高温变形性能对加载时间、温度较敏感,随着荷载作用时间延长和外界环境温度的升高,其变形速率和永久变形量也随着增大.     

考虑残余变形影响的混凝土疲劳损伤本构模型

从分析混凝土材料的基本损伤机制出发,考虑疲劳荷载作用下混凝土的损伤累积和残余变形,推导了由Helmholtz自由能表示的混凝土本构方程,根据变分原理建立了基于能量的混凝土疲劳损伤本构模型.并根据疲劳过程中残余变形的发展规律,定义了物理意义明确的残余变形影响因子,并将其与混凝土变形模量损伤因子一同融入混凝土疲劳损伤本构模型中,为混凝土疲劳行为的计算机分析提供了一种更为精确、简化的混凝土疲劳本构模型.试验数据和数值算例的对比误差不超过3%,从而验证了该模型的准确性与适用性.     

混凝土的一种内时本构模型

本文根据连续介质的不可逆热力学原理,提出混凝土的一种内时本构模型,利用破坏准则形成本构方程.本模型对具有不同f~0的混凝土都成立,只需个别确定模型中的材料参数;对混凝土的一些重要性能,如非线性性质、应变软化性质和剪胀性质,都能得到描述.本文分析结果表明,内时理论适用于混凝土一类材料.     

混凝土的温度-应力耦合本构关系

混凝土在高温下的强度和变形性能随温度和应力的耦合作用而变化。试验确定了不同温度—应力途径下混凝土抗压强度的上、下限，并量测了混凝土的自由膨胀变形，高温下的应力变形、瞬态热应变和短期高温徐变等数据。在此基础上分析了混凝土高温变形的一般规律，建立了温度—应力耦合本构关系。并通过约束混凝土柱的加热试验加以验证。本构关系可为混凝土结构的高温（如抗火）分析提供合理的依据     

考虑细观缺陷和静力本构的混凝土动力本构模型

混凝土的动力特性一直是研究人员关心的一个问题。经典的细观力学方法虽然可以较好地描述混凝土的性质,但计算比较复杂。该文提出了一种考虑细观缺陷的混凝土动力本构模型,该模型不需要进行繁琐的计算,直接在混凝土静力应力应变关系基础上,考虑混凝土断裂韧度和微裂纹应力强度因子在静动力荷载下的差异,推求动力荷载下的应力应变关系。与试验结果对比表明,本文提出的理论模型能较好地反映混凝土的动力特性。     

含两类内变量的一种非线性粘弹性本构模型

提出了描述非线性粘弹性材料微损伤演化的两类内变量,一类是描述粘性耗散的内变量,它服从Ｏｎｓａｇｅｒ原理;另一类是描述损伤耗散的内变量,它不服从Ｏｎｓａｇｅｒ原理,而由细观力学的规律确定,并在此基础上构造了一个含两类内变量的自由能密度函数,由此导出一个新的含缶伤演化的非线性粘弹性本构方程。     

考虑应变率效应的混凝土疲劳损伤本构模型

基于边界面概念和连续损伤力学理论,建立了由应变控制的混凝土拉、压疲劳损伤本构模型.在此基础上,通过对应变能释放率Perzyna黏性规则化来考虑混凝土的应变率效应,从而获得了可以研究材料静力、动力和疲劳特性的统一混凝土疲劳损伤本构模型,并用C＋＋语言编程对考虑应变率效应的混凝土本构关系和试验实例进行了计算和比较,结果表明该模型能较好地模拟混凝土应变率效应.     

沥青混凝土内时本构模型

基于Gibbs自由能公式,推导了沥青混凝土的内时本构模型.模型考虑沥青混凝土的温度敏感性和非线性,体积模量、剪切模量、强化函数和内变量的演化方程为绝对温度的函数,并且体积模量和剪切模量分别是第一应力不变量和第二偏应力不变量的非线性函数.通过不同温度下的应力-应变关系试验确定了模型的参数并对模型进行验证,结果表明:所建立的内时本构模型可以描述沥青混凝土的高温度敏感特性和力学特性.     

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     

填石路堤中的非线性本构模型

填石路堤的沉降分析是随着我国交通建设的发展而提出的新的工程问题。在填石路堤的变形计算时，除了根据已有经验数据进行预测以外，多是通过对其本构模型进行研究，并在此基础上运用有限元等方法进行分析，得到其应力应变及沉降值，从而指导设计与施工。因此，本构模型的研究是填石路堤变形研究的基础。系统介绍了目前填石路堤有关的本构模型及其研究方法，重点介绍了邓肯一张模型及其在填石路堤沉降分析中的应用前景。     

基于热力学的混凝土塑性和粘塑性本构模型研究

建立了具有实用意义的基于热力学能量耗散函数的混凝土率无关和率相关塑性模型.基于热力学原理,构造了混凝土在主应力空间中的能量耗散函数,并根据此函数推导出了耗散应力空间和真实应力空间中的混凝土模型.推导过程中不需引入其他假定,所得模型能自动满足热力学定理.拟合参数后,计算了多种受力状态下混凝土试件和构件的静动态响应.计算结果符合试验结果,验证了模型的正确性和实用性.     

大骨料混凝土率型内时损伤本构模型

以内时理论和损伤理论为框架,分析了骨料粒径和应变率效应对混凝土损伤的影响.建立了大骨料混凝土的率型内时损伤本构模型,并采用该模型进行多轴动态应力-应变曲线分析.与大骨料混凝土多轴动态试验数据对比结果显示数值与试验结果符合较好,说明该模型可作为大骨料混凝土动态性能研究的依据.最后,应用所提出的本构模型和未考虑大骨料因素的内时损伤本构模型对某混凝土拱坝进行非线性地震反应分析,结果表明,应变率和骨料粒径对于结构的强度和刚度影响较大,在分析中应得到重视.     

初始温度条件下全尾胶结膏体损伤本构模型

膏体充填料到达采场初始温度不同是矿山存在的普遍现象,不同初始温度条件下膏体力学特性及应力-应变关系直接影响到矿山采充周期及相邻采场开采时贫化指标.通过对初始温度为2、20、35和50℃的硬化膏体进行单轴抗压强度试验,获得不同初始温度下充填体应力-应变演化曲线.根据理论推导和试验结果,建立了不同初始温度下膏体损伤本构模型,通过本构模型参数回归,提出膏体温度-时间耦合损伤本构模型.最后,采用Comsol数值模拟软件,将温度-时间耦合损伤本构模型嵌入solid mechanics模块,对单轴抗压试验进行数值模拟,模拟应力-应变曲线与试验结果较为吻合,验证了所提出本构模型的可靠性.