考虑参数简化的修正邓肯-张模型

邓肯-张非线性弹性模型被广泛应用于计算围堰修筑、土石坝等水利工程中粗粒土的应力-应变关系。然而,邓肯-张模型参数相对较多、计算结果往往不能充分体现土的剪胀特性。为解决上述缺陷,本文以邓肯-张模型为基础,提出了参数形式更为简化的应力-应变表达式,并基于沈珠江模型采用二次抛物线形式对应变进行描述,同时对该模型参数形式进行了改进,建立了反映土体体应变-轴向应变关系的体积比表达式。最后通过采用粗粒土和粘性土的试验结果对改进模型进行验证。结果表明：理论计算结果与试验结果吻合较好,改进的模型能够更好的反映土的体应变特征和应力-应变关系,为实际工程中土体的应力-应变关系计算提供了参考。     

恒温下结构钢的应力-应变关系

为确定合理的高温中钢材应力-应变关系模型,在已有恒温加载试验研究的基础上,通过对高温中弹性模量、屈服强度、极限强度、硬化应变和极限应变等实测数据的拟合分析,提出高温中钢材的应力-应变关系模型.与ASCE和EC3中钢材的应力-应变关系模型相比,该模型的计算曲线与实测曲线吻合度更好.     

胶结材料加载破坏的能量积聚与释放响应研究

为研究胶结材料在0.001 kN/s的速度缓慢加载达到峰值强度后出现的第二跌落特征,并伴随发生在第二跌落区出现的噪音分贝值的突增现象产生的原因,应用能量积聚与释放的总能量平衡理论,对胶结充填体轴向加载试验获取全应力应变曲线,并通过电子噪音测试设备测试加载过程中的噪音分贝值的大小,引入可表征试件全应力应变曲线的即时弹性模量与割线弹性模量比值,作为柔化正态张量和可表征试件不同等应变变化的应变能与总应变能比值作为应变能张量,通过柔化正态张量和应变能张量的变化大小,表征试件在能量积聚阶段和释放响应阶段的变化特点,特别是在第二跌落阶段的能量变化特点。同时通过噪音分贝测量方法试验,建立噪音分贝与试件能量释放大小之间的对应关系。研究结果表明,只要加载速度较小,达到0.001 kN/s左右时,胶结充填体才会出现明显的第二跌落区。通过电子噪音分贝测试第二跌落区破坏出现的噪音分贝突增15dB,相较常规加载多增加了10 dB以上。同时将这种缓慢加载方式应用在矿岩加载试验中,其加载破坏时的噪音分贝值突增更加明显,增加值达到20～35 dB。表明试件在近似等压受载环境下,更易积聚能量,并在破坏时以突然释放的形式释放,说明能量释放的强度是以前期积聚能量为前提的,这将有助于指导金属矿山采场高应力区评价,维护采场安全。     

黄土地基变形计算的形变法

本文根据伊留申(A.A.Ilyushin)的形变理论,以单一广义应力-应变曲线的割线模量为基础,建立了黄土的应力-应变全量本构关系和黄土地基沉降量计算公式。公式较全面地反映了地基变形中的体变、形变部分和应力路径及非线性的影响,可适用于不同形式(如理想型和软化型等)应力-应变曲线。公式计算的地基的荷载-沉降(P～S)曲线与几个场地的现场试验的实测值基本吻合。     

Nonlinear elasticity in biological gels

The mechanical properties of soft biological tissues are essential to their physiological function and cannot easily be duplicated by synthetic materials. Unlike simple polymer gels, many biological materials--including blood vessels, mesentery tissue, lung parenchyma, cornea and blood clots--stiffen as they are strained, thereby preventing large deformations that could threaten tissue integrity. The molecular structures and design principles responsible for this nonlinear elasticity are unknown. Here we report a molecular theory that accounts for strain-stiffening in a range of molecularly distinct gels formed from cytoskeletal and extracellular proteins and that reveals universal stress-strain relations at low to intermediate strains. The input to this theory is the force-extension curve for individual semi-flexible filaments and the assumptions that biological networks composed of these filaments are homogeneous, isotropic, and that they strain uniformly. This theory shows that systems of filamentous proteins arranged in an open crosslinked mesh invariably stiffen at low strains without requiring a specific architecture or multiple elements with different intrinsic stiffness.     

考虑温度影响的大体积混凝土应力场分析方法

在大体积混凝土应力场计算中,混凝土的弹性模量和徐变变形都与温度有关,温度场应力场存在耦合现象.根据温度损伤和温度对徐变的影响,建立了考虑温度影响的混凝土弹性模量表达式和徐变应变计算的递推公式.应用粘弹性与损伤耦合和正交各向异性损伤理论,描述了混凝土在高应力水平下的非线性徐变特性和由于微裂缝扩展引起的刚度退化与应变软化,建立了考虑温度影响的大体积混凝土结构应力场分析的有限元表达式.将这一结果应用于沙牌拱坝应力场计算中,考虑温度影响后,发现坝体局部应力可能出现恶化,对开裂控制不利.     

冻融损伤后引气混凝土三轴强度准则研究

青岛海湾大桥为我国北方冰冻海域建设的第一座跨海大桥,为了有效评估冻融后承台引气混凝土的力学性能,开展了引气混凝土在冻融作用后各项基本力学性能衰减规律的试验研究。研究了海水冻融循环次数分别为0、100、200、300次的混凝土应力一应变关系,基于大型动静载伺服刚性试验机,测试受海水冻融后的混凝土应力应变曲线关系,根据混凝土应力应变曲线,总结混凝土弹性模量、抗压强度的衰减规律。根据试验结果建立了引气混凝土考虑冻融循环次数的OTTOSEN强度准则模型。试验现象表明：随着冻融循环次数的增多,混凝土轴心抗压强度、弹性模量等力学性能指标的下降程度均逐渐加大。该强度准则可为建立符合实际工程的混凝土结构冻融后抗裂设计理论提供基础资料。     

金属薄板中SH波波速与预应力关系的理论研究

基于各向同性金属材料在静压力作用下产生各向异性的事实，从固体中超声波的非线性理论出发，得到了在一定应力下固体的部分等效的二阶弹性常数．利用各向异性板中的SH波理论，推得了在静应力作用下与应力平行和垂直方向的SH波的频散方程，讨论了金属薄板中SH波波速与应力的关系．     

铝合金预拉伸厚板内残余应力分布的测量

因残余应力而引起的加工变形是飞机整体结构件制造的难题之一．文中针对铝合金预拉伸厚板的特点,提出用改进剥层应变法来测量内部残余应力,并运用弹性力学理论进行推导,得到了应力一应变关系矩阵．随后对典型航空用铝合金预拉伸厚板7075T7351的内部残余应力进行了测量,并对测量结果进行了分析和比较．结果表明,文中提出的方法能有效地解决厚板内部残余应力测量的难题．     

冲击载荷作用下砂岩的动力学特性及损伤规律

在单次冲击和重复冲击载荷作用下,利用大直径霍普金森压杆(SHPB)试验装置,对砂岩的动力学特性进行试验研究。从岩石的细观裂纹扩展和能量吸收的角度,分析岩石的破坏过程。基于Weibull分布的统计损伤理论,计算试件的损伤度,并结合应力-应变曲线分析岩石损伤度的演化规律。研究结果表明:砂岩的动态抗压强度和单位体积吸收能均表现较强的应变率效应,分别与应变率呈指数函数关系和线性关系。在重复冲击试验中,随着重复冲击作用次数的增加,试件的弹性模量降低,屈服应变增加,屈服应力呈降低趋势。此外,损伤度随着应变的增加逐渐增大,在应力-应变曲线的峰值强度处,损伤度出现一个明显的拐点,即在微裂纹进入不稳定扩展阶段,岩石损伤度迅速增大。     

T形柱中约束混凝土的应力应变模型

为建立T形柱约束混凝土的应力应变全曲线方程,根据T形柱配箍特征值的使用范围,设计了13个试件通过轴心受压试验,得到钢筋混凝土T形柱的试验结果．采用灰色优化和数据变换理论,建立了T形柱中约束混凝土应力应变模型．对测试数据选行统计分析,得到了模型的系统参数该模型反映了T形柱中约束混凝土应力应变曲线的变化规律．与方形柱的约束混凝土应力应变模型相比,T形柱中约来混凝土峰值应力较小,峰值应变较大,下降段曲线相对较陡．研究结果为T形柱的非线性分析提供了理论依据。     

粗粒土亚塑性损伤模型

为了反映粗粒土主要力学特性,建立了亚塑性损伤模型。结合对粗粒土力学特性及物态演化的认识,提出了粗粒土的损伤状态函数。基于亚塑性理论的基本框架和损伤状态函数,建立了损伤模型的公式及参数确定方法。采用该模型对三峡二期围堰等3种实际工程试验结果进行了模拟。模型预测与试验结果吻合良好。该模型无需判断加卸载准则,易于三维化,公式简洁且参数较少,能够较好地反映粗粒土的主要力学特性,包括强度与围压的非线性特征以及在低围压下剪胀显著、高围压下剪缩较为显著的体变特性。     

基于强度参数演化的裂隙岩体峰后应力-应变关系求法

完整岩块峰后应力应变关系的表达不能较好反映裂隙岩体峰后特性,为得到适合裂隙岩体峰后应力-应变关系,在试验数据基础上,基于库伦强度准则,分析裂隙岩体峰后强度参数的演化行为。根据裂隙岩体在不同围压和裂隙倾角时的不同峰后特性,将峰后应力-应变关系简化为A和B两种类型。以应变作为应变软化参数,假设黏聚力、内摩擦角为应变的分段线性函数,给出裂隙岩体峰后两种类型应力-应变关系式的求法。将A和B两种类型应力-应变关系式算出结果与试验结果进行比较,得出用裂隙岩体的应力-应变关系求得峰后应力-应变曲线与试验数据基本一致。     

数字图像相关的不锈钢真实应力应变关系测量

工程上广泛应用的名义应力应变曲线,在材料发生大变形时,由于应力和应变不再沿着试件均匀分布,因而不能真实反映材料在塑性阶段的本构关系。在不锈钢标准板的拉伸试验中连续采集试件散斑表面的数字图像,采用数字图像相关技术对序列数字图像进行相关运算以获得其每个变形状态下的变形场,得到了整个拉伸过程中试件的变形形态。以光学虚拟引伸计的方法分别测量横向和竖向的实时应变数据,结合体积不变理论计算得到真实应力应变曲线。采用Johnson-Cook材料模型对真实应力应变曲线进行拟合,得到了塑性本构关系;最后根据以上实验结果和真实应力应变曲线获取了材料的力学特性参数。实验结果表明了基于数字图像相关方法对不锈钢真实应力应变关系测量的有效性和可靠性,对实验结果的真实应力应变曲线后处理,获得不锈钢材料的弹性模量为169 GPa,屈服强度为236.8 MPa,并获得了Johnson-Cook简化模型的所有三个参数A、B和n的数值。     

HRR奇异解在非线性粘弹性情况下的推广

基于非线性粘弹性理论中的弹性回复对应原理 [1 ]和 HRR奇异解 [2 - 3 ] ,提出了求幂率型硬化非线性粘弹性材料裂纹问题在两类不同边界条件下的对应原理 ,并得到了幂率型硬化非线性粘弹性裂纹尖端应力、应变和位移场 ,通过理论分析和计算表明该解答正是幂率型硬化非线性粘弹性裂纹问题的解析解     

一种受剪细观损伤单元模型及其应用

基于剪切损伤破坏机制,发展了相应的细观损伤单元模型,它由弹脆性的微弹簧和模拟裂缝滑移的塑性元件组成.混凝土单轴受压时的宏观性能可用受剪细观损伤单元的并联体来解释,由此建立了混凝土单轴受压的损伤本构关系模型,并建议了塑性变形的简化计算方法.通过引入混凝土剪切单元破坏应变分布随机场,推导了应力与损伤的均值、标准差的表达式.根据混凝土单轴受压时的应力-应变全曲线试验结果,结合随机建模原理和优化算法确定随机场参数和材料参数,将分析得出的受压随机应力-应变关系与试验结果进行比较,二者吻合良好.     

掺粉煤灰和矿粉的高性能混凝土轴压性能试验研究

对掺粉煤灰和矿粉的高性能混凝土试件进行了受压性能试验研究,考虑了不同粗骨料种类的影响,按照标准试验方法测定其立方体强度和弹性模量.在应变控制加载的条件下,得到了包含上升段和下降段的应力-应变全曲线、割线泊松比和体积应变等变化规律,并与普通混凝土试验的结果进行了对比.结果表明,高性能混凝土的轴压性能与普通高强度混凝土类似,骨料对混凝土的强度影响较小,而对变形和弹性模量的影响较大.     

干湿循环条件下水泥改良红砂岩土的力学特性试验研究

为研究水泥改良红砂岩土受到干湿循环作用各项力学性质的变化规律,将未改良与掺入不同水泥剂量的红砂岩土试件进行干湿循环,并开展室内三轴试验,研究干湿循环后土体应力-应变曲线、破坏面形式、峰值强度、弹性模量的变化规律。研究结果表明:水泥作为改良剂不改变红砂岩土的应力-应变曲线,但在曲线的各个阶段,水泥对红砂岩土的受力特征均有一定改善;水泥使红砂岩土的破坏形式由塑性破坏向脆性破坏转变;掺入不同剂量的水泥,红砂岩土的峰值强度和弹性模量均有明显提高。随着干湿循环次数的增加,经水泥改良的试件弹性模量和峰值强度呈先降低后提高的趋势;采用指数函数关系式对弹性模量和峰值强度进行多元非线性拟合,建立弹性模量和峰值强度关于干湿循环次数、围压与水泥剂量的关系式,拟合效果理想。     

GFRP筋拉伸力学性能尺寸效应试验研究

通过试验研究不同直径玻璃纤维增强复合材料(GFRP)的力学性能,并采用基于材料强度Weibull分布的最弱链理论分析其尺寸效应.试验结果表明,GFRP筋极限抗拉强度、抗拉弹性模量和极限延伸率随着直径增大而下降,而屈服应变变化规律则相反.通过试验分析,建立考虑直径变化的GFRP筋应力应变关系及其相关参数同直径的关系;提出了不同直径GFRP筋极限抗拉强度fDtu计算公式.基于最弱链理论分析,得出GFRP筋尺寸效应的主要影响因素是试件的有效区体积.研究表明,GFRP筋拉伸力学性能具有明显的尺寸效应;采用最弱链理论进行尺寸效应分析是可行的,能够预测不同GFRP筋强度,确定其抗拉强度标准值,有助于统一GFRP筋试件的有效长度取用标准,并建议长度范围为试件直径的30~40倍.     

非线性力学中的虚功率原理

导出非线性平衡方程和3种常用的非线性虚功率方程.在解非线性问题时,构型的选择和应力-应变率(或与变形有关的率)的选择是两个重要问题.构型包括两种:初始构型和变形构型.在选择应力-应变率(或与变形有关的率)的时候,要注意它们之间的配对,即要考虑功率共轭的问题.在变形构型下,选择Cauchy应力σij与变形率Dij;在初始构型下,可以选择名义应力Pji与变形梯度率.Fij,或者选择第二类Piola-Kirchhoff应力Sij与Green应变率E.ij.