用局部坐标系转置和刚度等效分析膜结构褶皱的新方法

弹性膜在荷载作用下会出现双向受拉、单向受拉、松弛三种状态,由于膜材几乎不能承受压力,当单向受拉和松弛单元中出现压应力时,应进行褶皱处理。基于普遍性的要求,针对正交各向异性膜材,本文提出了采用局部坐标系转置和刚度等效分析褶皱膜单元的新方法,并运用有限元软件Strand7及其开发程序Strand7API进行了编程验证。最后,本文运用新方法对典型膜结构实例在竖向荷载作用下的受力情况进行了全过程的分析,通过分析发现新方法能正确的处理褶皱膜单元,并可以得到膜结构在褶皱单元出现后的真实的荷载响应。     

褶皱膜的局部坐标系转置和刚度等效法分析

在对膜结构进行荷载分析时,单向受拉和松弛的膜单元会出现不符合实际受力情况的压应力,计算过程中应对它们进行褶皱处理.为此,文中提出了采用局部坐标系转置和刚度等效分析褶皱膜单元的新方法,并采用有限元软件Strand7及其开发程序Strand7API编制了相应的程序,最后用所编制的褶皱分析程序对典型膜结构在竖向荷载作用下的受力情况进行了全过程的实例分析.通过分析发现新方法经迭代计算可使褶皱单元的第二主应力基本为0,正确地处理了褶皱膜单元,并得到了膜结构在褶皱单元出现后的真实的荷载响应.     

双模量材料圆轴纯扭转时的应力与应变分析

利用双模量材料圆轴扭转时纯剪切应力状态单元体,推导出了双模量材料剪切弹性模量表达式,求得了双模量材料圆轴扭转时轴向正应变.通过分析发现:各向同性材料圆轴纯扭转时轴向正应变为零,而双模量材料圆轴纯扭转时轴向正应变却不为零,双模量材料圆轴纯扭转时轴向正应变的大小主要受拉压弹性模量、拉压泊松比的影响.双模量材料圆轴纯扭转时轴向正应变不为零的原因是:双模量材料的拉压弹性模量、拉压泊松比均不相等,这是双模量材料固有的特点,也是双模量材料与各向同性材料的不同之处.因此,提出了双模量材料圆轴纯扭转时的平面假设:双模量材料圆轴扭转变形前,原为平面的横截面变形后仍保持为平面,形状不变,半径仍保持为直线.     

大骨料混凝土动态双轴拉压强度试验研究

为了研究不同应变速率下混凝土双轴动态受力状态的力学性能,在大型静、动态三轴试验机上,对大骨料混凝土和湿筛混凝土试件进行了不同应变速率和应力比下的双轴动态拉压试验,系统研究了应变速率和应力比对混凝土双轴拉压强度的影响.试验结果表明:两种混凝土双轴拉压强度均低于单轴拉伸或单轴压缩强度,其变化规律不但与应力比有着密切的联系,还随应变速率的增大而增大.在主应力空间建立了考虑应变速率和应力比的混凝土双轴拉压破坏准则,为水工结构物的非线性分析提供了试验依据.     

各向同性岩石不同损伤变量关系的探讨

将ｌｅｍａｔｉｒｅ应变等价假设应用于岩石材料的纯剪切情况，推导了相应的损伤变量Ｄ和应变能释放率Ｙ的表达式；以损伤应变能释放率为基础，探讨了各向同性岩石在不同受力状态下损伤变量间的关系。     

横观各向同性岩土材料应变局部化现象的有限元模拟

岩土材料的各向异性性质与其微结构紧密相关,文中考虑到内摩擦角是应力状态、组构张量及材料主方向的函数,发展了适用于横观各向同性岩土材料的修正的Drucker-Prager屈服准则.基于Cosserat连续体理论,推导了该准则的一致性映射返回算法,形成了一致性切线模量矩阵,并利用有限元软件Abaqus的用户单元子程序(UEL)进行了数值实现.通过将积分点材料强度随材料主方向及各向异性程度的变化关系与理论结果进行比较,验证了程序开发的正确性.数值算例重点分析了材料主方向和各向异性参数对结构极限承载力及破坏模式的影响,且与经典连续体的结果进行了比较.结果表明,文中方法能够较好地模拟具有横观各向同性的岩土材料的应变局部化现象.     

拉压平面应变状态下混凝土的强度准则

对砼坝中经常遇到的、而国内外研究较少的在平面应变状态下砼的变形和强度进行了试验研究．试验内容不仅包括压压状态，而且包括了试验难度大、但对设计起控制作用的拉压状态．给出了应力－应变关系曲线，并比较了平面应变状态砼在两侧向拉压与压压受力情况的变形和强度的差异．在分析试验资料的基础上，建立了以应力和应变表述的砼在平面应变状态下的强度准则     

横观各向同性岩土结构极限承载力的数值研究

基于Cosserat连续体,建立了描述横观各向同性岩土材料的弹塑性模型,在该模型中,弹性本构关系由5个变形参数描述,塑性阶段通过引入组构张量及加载方向建立了修正的Drucker-Prager准则.针对上述模型推导了一致性映射返回算法的迭代格式及模量矩阵,结合适用于Cosserat连续体的平面应变8节点减缩单元应用ABAQUS用户自定义单元接口UEL进行了数值实现.数值算例分析了各向异性程度和材料主方向对横观各向同性岩土结构的极限承载力和变形局部化模式的影响.结果表明,所建立模型能较好地模拟横观各向同性岩土结构的应变局部化行为,且较好地解决了伴随应变局部化现象出现的网格依赖性问题.     

钢管包钢纤维混凝土短柱轴心受压的弹塑性理论分析

运用弹塑性理论 ,对钢管包钢纤维混凝土短柱轴心受压的受力状态、屈服准则、应力与应变计算和力学特性等进行了理论分析。运用米塞斯屈服准则 ,并考虑到单向纵压屈服和单向环拉屈服的边界条件下 ,提出了钢管包钢纤维混凝土轴压短柱 ,在钢管纵压与环拉作用时的承载力计算公式     

土工合成材料加筋土结构的蠕变耐久性研究

在对土工合成材料无约束条件下的蠕变规律和蠕变时的应力-应变-时间关系进行研究的基础上,结合加筋土结构内筋材的受力特点,建立加筋土结构内筋材蠕变伸长量和最大应变的计算方法;根据筋材蠕变对加筋土结构功能和安全性的影响,提出土工合成材料加筋土结构的蠕变耐久性评估的筋材应变控制准则和结构侧向变形控制准则,并提出相应的耐久性预测方法,最后通过实例分析验证了方法的可行性.     

板料冲压成型CAE中拉裂的预测研究及应用

将Hill集中性失稳理论和Swift分散性失稳理论应用到各向同性板料的失稳判定,将Marciniak和Kuczynski的凹槽损伤失稳理论应用到正交各向异性板料的失稳判定,对冲压成型中板料在不同时刻的稳定性进行数值化描述,并运用计算机仿真技术进行直观的表现来预测拉裂;将开发的仿真系统用于汽车翼子板冲压工艺分析,准确地预测了可能出现拉裂的部位．这对于模具开发中确定合理的冲压工艺方案,有效地防止拉裂的发生有重要的实用价值．     

正交各向异性不同材料组合体的虚边界元解法

依据多域组合问题虚边界元法思想,采用适用于正交各向异性介质和各向同性介质平面弹性问题基本解的统一模式,提出了虚边界元法求解正交各向异性弹性体与不同材料性质弹性体的组合问题的数值算法思想.文中给出了带孔的正交各向异性板和正交各向异性材料与各向同性材料结合体的数值算例.数值结果表明,该方法具有较高的计算精度和较好的计算效率.提出的数值思想具有较好的通用性,其不但能求解正交各向异性材料的多域组合问题及正交各向异性材料与各向同性材料的结合体问题,而且也能蜕化求解各向同性材料的多域组合问题.     

正交各向异性弹塑性材料拉伸颈缩的数值模拟

介绍了在乘法分解的基础上对正交各向异性弹塑材料进行有限变形计算的一种有限元方法 ,利用该方法考虑不同各向异性状态对正交各向异性材料圆棒试样的拉伸大应变颈缩过程进行了数值模拟。结果表明 :( 1 )材料塑性性质若在不同取向有明显差异 ,沿不同材料轴向拉伸反映的材料力学性能会有非常大的差别。这种差别在载荷和不同方向的径向颈缩位移上远较在颈部截面面积变化上明显 ;( 2 ) Hill的正交各向异性塑性理论并没有考虑晶体材料在各个与材料主轴平面有较大夹角的滑移面上容易发生剪切变形 ,所以不一定适于晶体塑性材料。同时本文研究进一步证实了作者建议的正交各向异性弹塑性有限变形计算方法的合理性。     

排水循环剪切条件下砂土体变特性试验研究

利用土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪,针对饱和福建标准砂,在各向均等与三向非均等固结条件下,进行了排水循环扭剪试验.通过试验讨论了初始主应力方向、相对密度和剪应变幅度对排水条件下饱和砂土体积变化特性的影响.研究表明:循环剪应变幅度和相对密度显著地影响饱和砂土体积变化规律,循环剪应变幅度越高,相对密度越大,越易于发生剪胀.在三向非均等固结情况下,饱和砂土在排水循环剪切条件下的体变特性密切地依赖于砂土的初始主应力方向.不同初始主应力方向时应力-应变关系表现出不同的变化模式,体积变化累积规律的具体模式取决于正应力水平与垂直平面上所存在的初始剪应力.     

正交各向异性杆扭转问题的各向同性化边界元分析

为正交各向异性杆简单扭转问题提供一种简单边界元解法，引入坐标变换，将该问题转化成相应的各向同性杆的扭转问题，利用后者的简单基本解，按边界元法求解，经逆变换得到所需的应力分量，算例表明了这一方法的有效性。     

中厚板在面内双向压缩作用下的屈曲和后屈曲

采用Ｒｅｉｓｓｎｅｒ－Ｍｉｎｄｌｉｎ板理论考虑横向剪切变形影响，并计及板的初始几何缺陷，用文［１］提供的二次摄动法给出完善和非完善，各向同性和正交各问异性中厚板在面内双向压缩作用下的屈曲载荷关系曲线和后屈曲平衡路径。     

岩石力学性质正交各向异性实验研究

在传统的石油工程岩石力学分析中,大都将地层简化为正交各向异性、横观各向同性性质。在深入分析深层岩石力学所涉及的石油工程背景的基础上,利用现场实钻岩心进行了岩石力学性质正交各向异性实验研究。结果表明,沿垂直于井眼轴线平面上,岩石力学性质的各向异性是客观存在的。而且,在某些极端地质环境下,其各向异性的程度还比较强烈,不能简单的将地层考虑为横观各向同性性质。