高温作用后混凝土损伤动态本构模型研究

为解决高温对混凝土损伤问题,基于混凝土非线性粘弹性本构模型理论及损伤力学有关理论,建立了包含材料参数、动态模量等9个参数的混凝土损伤型动态本构模型,考虑到高温对混凝土动态力学性能影响显著,将高温损伤内化到对本构模型元件材料参数的影响,并根据实验所得数据,拟合得到模型在各温度下的材料参数值;将模型预测应力-应变曲线与实验所得应力应变曲线比较,结果表明:两者的峰值应力误差在5%以内;峰值应变误差在9%以内;弹性模量误差在7%以内,曲线总体拟合相似度在0.93以上,该模型能较好模拟经受高温作用后的混凝土冲击力学特性.     

岩石循环冲击损伤模型及其参数的确定方法

建立了基于 Weibull分布的统计学岩石冲击损伤本构模型。在理论假设的基础上,通过公式推导,建立了岩石单元体损伤本构模型。并通过数学的方法,确定了模型中参数的计算公式和方法,明确了参数的物理意义。建立了岩石在循环冲击作用下的损伤变量的表达式,分析了岩石在循环冲击作用下的损伤累计演化规律。在中南大学动静组合加载实验系统上,开展了岩石在不同应力状态下的循环冲击实验,将实验数据带入本构模型中。分析结果表明：实验曲线与理论曲线接近重合,验证了该模型的合理性;初步分析了岩石在循环冲击作用下的损伤演化规律以及破坏失稳过程。该实验为岩石在动力扰动作用下的力学机理以及岩爆产生的机制提供了一定的理论依据。     

基于统计损伤的沥青混凝土路面本构关系研究

基于统计损伤理论,建立了沥青混凝土在三轴压力作用下的损伤本构模型.分别对不同温度,不同围压下用该模型得出的应力-应变曲线与用双曲线模型得出的应力-应变曲线进行对比,结果表明沥青混凝土材料的强度随温度的升高而降低,随围压的增大而升高,且该模型适用于沥青混凝土材料的弹性阶段.     

沥青混合料等应变率压缩试验的时间依赖性模型

为描述沥青混合料在受力状态下的时间依赖性行为,以等应变率压缩试验曲线特点为依据,建立沥青混合料的可变量本构模型,并推导出不同加载条件下本构方程表达式.通过有效的数值拟合方法获取沥青混合料的本构模型参数,将该模型与三轴等应变率压缩试验曲线进行对比,两者吻合较好,表明可变量本构模型能较好地描述沥青混合料与时间依赖行为,对破坏失效后材料的力学行为曲线有较好地表述.利用拟合参数计算蠕变曲线,其计算蠕变曲线能成功地描述蠕变的第二、三阶段,曲线特点与应力、温度等条件相关,在高温度和高应力条件时达到一定应变条件时所需时间较短,同时稳定期随温度和应力的增加所经历的时间逐渐减少.     

弹性损伤材料的应力-应变关系与损伤演化方程

经典连续损伤理论中,通常是由有效应力概念和应变等效假设来建立损伤材料的本构方程。已经发现有效应力概念与应变等效假设存在较大缺陷,基于应变等效假设的损伤本构方程不能正确反映实际材料的损伤行为。为克服经典连续损伤理论存在的缺陷,在严格的不可逆热力学理论基础上,提出了建立损伤本构方程的本构展开法,推导出弹性各向国性损伤材料本构方程的一般形式。研究表明,弹性各向同性损伤可由定义在细观尺度下的一个标量损伤变     

考虑初始空隙压密的岩石变形全过程本构模型

为了建立能够准确模拟岩石变形全过程的本构模型,深入分析了现有统计损伤模型难以描述岩石初始非线性变形阶段的局限性.综合考虑岩石的变形机理,将岩石抽象为由空隙和骨架组成的材料,分析了岩石变形及空隙与骨架两部分变形之间的关系,提出了空隙应变比K的概念;利用岩石三轴试验结果,提出了岩石骨架和空隙两部分应变的计算方法,推导了K的...     

负载下CFRP约束混凝土应力-应变关系分析型模型

为研究负载水平对FRP(纤维增强复合材料)约束混凝土柱峰值应力和峰值应变的影响,根据32个CFRP(碳纤维增强复合材料)约束混凝土圆柱构件和16个CFRP约束混凝土方柱构件的试验结果,引入负载影响因子,对J G Teng提出的CFRP约束混凝土柱峰值应力和峰值应变计算公式进行修正.在此基础上分析了CFRP约束混凝土柱构件轴向-侧向应变关系,以J G Teng本构模型为主动约束关系,建立了负载下CFRP约束混凝土应力-应变分析型模型.研究结果表明:模型理论曲线与试验曲线接近,修正后的峰值应力和峰值应变与试验结果较吻合,圆柱构件的误差约10%,方柱构件的误差在15%左右.      

交通荷载作用下砾类土动本构关系试验研究

砾类土是新疆绿洲-荒漠区常用的一种路基填料,因此有必要研究其在交通荷载作用下的动本构关系。通过动三轴研究了不同工况时砾类土的动本构关系,发现可以采用R.L.Kondner双曲线模型对砾类土的动本构关系进行描述,并得出了不同工况时模型参数。基于试验结果分析了含水率、围压、压实度、初始静偏应力和循环荷载作用频率等因素对砾类土动本构关系的影响规律,得出了含水率和最佳含水率越接近,围压越大、压实度越高,砾类土动本构关系曲线越接近应力轴,初始静偏应力为0 k Pa和10 k Pa的动本构关系曲线较接近,动荷载作用频率为1 Hz和2Hz的动本构关系曲线也较接近。研究成果对新疆绿洲-荒漠区砾类土路基的应用具有重要的参考价值。     

Ⅰ型和Ⅱ型静动态统一本构关系及用于分析回跳现象

在工型静动态统一本构关系的基础上,建立了Ⅱ型静动态统一本构关系,分别用Ⅰ型和Ⅱ型本构关系分析了有回跳特性的材料的力学行为.Ⅰ型本构关系以应变和温度为作用量,Ⅱ型本构关系以Ⅱ型应变和温度为作用量,Ⅱ型应变是应力和应变的线性组合.有回跳特性的材料在受到单调增加的轴向应变作用时,会经历弹性阶段、时间无关不可逆变化阶段、伴随有应力跌落的时间相关不可逆变化阶段以及最后的时间无关不可逆变化阶段.对应于每一个阶段,工型本构关系都有相应的判据和计算公式.有回跳现象的单轴压缩应力-应变曲线,按照时间顺序可分为,应变单调增加的弹性阶段、应变单调增加的时间无关不可逆变化阶段、应变减小的时间无关不可逆阶段（回跳阶段）以及之后的应变再单调增加的时间无关不可逆阶段.在每一个阶段,Ⅱ型本构关系都有对应的判别准则和计算公式,Ⅱ型本构关系覆盖了有回跳特性的材料遇到的各种可能工况.     

基于修正Neuber方程的沥青路面裂缝形成疲劳寿命预估方法

为预估沥青路面裂缝形成疲劳寿命,根据局部应力-应变理论,通过直接拉伸疲劳试验,建立了沥青混合料的真实应力-应变循环曲线,运用Neuber方程将名义应力、应变转换为局部应力、应变,对循环曲线和Neuber方程进行修正,以符合平面应变问题。通过等应变疲劳试验,建立了沥青混合料的疲劳寿命方程,提出了沥青路面裂缝形成寿命预估方法。根据应变疲劳寿命曲线可合理计算沥青混合料疲劳损伤,由累积损伤可求得沥青路面裂缝形成疲劳寿命。     

基于改进PSO算法的岩石蠕变模型参数辨识

微粒群优化（PSO）算法是一类随机全局优化技术,具有收敛速度快、规则简单、易于实现的优点．针对岩石蠕变本构模型参数的辨识问题,本文利用FLAC软件自带的fish语言实现了改进PSO算法对本构模型参数的辨识．该方法从岩石本构模型参数的随机值出发,以蠕变过程中试件变形的实验值与计算值的误差大小作为适应度函数来评价参数的品质,利用改进PSO算法规则实现模型参数的进化,搜索出全局最优的模型参数值,从而实现了岩石蠕变本构模型参数的自适应辨识．利用该方法对页岩蠕变实验进行了仿真研究,实验结果表明：改进的PSO算法用于岩石蠕变模型的参数辨识是有效的．     

公路隧道围岩变形破坏理论研究

采用理论分析、数值模拟以及现场监控量测等手段对公路隧道围岩变形破坏理论进行较深入的研究。通过分析开挖过程中围岩损伤演化,获得了损伤变量与围岩材料参数之间的关系,提出了围岩力学参数的预测方法。通过岩体破坏机理、围岩损伤应力影响范围以及影响围岩稳定性的各个因素综合研究,建立了卸荷状态下的围岩损伤本构关系和基于能量耗散的损伤本构模型。基于一般弹塑性数值分析原理,建立了考虑围岩参数劣化过程的隧道围岩损伤演化分析方法,分析了开挖应力状态下隧道围岩的弹塑性损伤演化机理。建立了基于经验公式和基于围岩渐进性破坏理论的公路隧道围岩压力演化趋势及预测模型,提出了公路隧道围岩压力演化趋势的预测方法。     

A Novel Model of F0 Contours Prediction for Continuous Speech

F0 （fundamental frequency） contour was studied under different prosodic environment in continuous speech and a novel model of F0 contours prediction was proposed. It describes syllabic F0 contour with two points, one curve and duration. The curve represents two optimal points of controlling parameters. The duration represents the syllabic duration. The prosodic characters of controlling parameters were analyzed by CART （Class and Regression Tree）. A set of controlling parameters was analyzed, which reflects the linguistic environment and prosodic structure. Then it sets up the model of F0 contours prediction with the two optimal controlling parameters and F0 templates. The end pitch value of previous syllable as special prosodic parameters was used to keep the continuity of fore-and-aft syllable. It focuses on looking out the main prosodic clues hiding in F0 contours and applying it to simplify the model for prediction. The results of synthesis experiment show that the performance of the prediction method is appreciated.     

三向应力下典型岩石破坏预警及峰后特性

为探讨岩石在三向应力下的变形、破坏规律及其峰后本构模型,对不同围压下石灰岩和砂岩进行了三 轴压缩全过程试验,分析了2种典型岩石的变形、破坏规律和峰前、峰后承载能力与变形之间的关系,在此基础 上建立了岩石的本构模型.研究结果表明:石灰岩在低围压下易于发生失稳破坏,在高围压下较难发生失稳破 坏,围压的增大对岩爆有一定抑制作用;同种岩石峰值应力时对应的环向应变不随围压的改变而改变,近似为一 定值,可以将其作为岩石破坏的一个预警指标;石灰岩的剪胀效应发生在破坏后,而砂岩在轴向应力达到其峰值 的70%左右时就开始出现剪胀;岩石峰后应力与其承载能力相等,由侧向变形控制,随侧向变形增大逐渐衰减 至残余强度;基于本构模型的计算结果与三轴压缩试验结果吻合较好.      

钢筋混凝土拱结构破坏过程中损伤场的分布与演化

采用损伤力学理论,研究了钢筋混凝土拱结构静荷载作用下损伤破坏的过程。混凝土材料是一种拟弹脆性材料,其损伤破坏过程可近似看成是弹性损伤问题。基于弹性损伤普遍理论,取其3阶近似形式,得到一个含有4个独立参数的损伤本构模型。在该损伤本构模型中,引入了一个拉压修正系数,用于描述混凝土材料在受拉与受压状态下损伤行为的不同。对一实桥中钢筋混凝土拱肋的损伤破坏过程进行了数值模拟计算,理论结果与试验结果相一致,说明本方法可较好地描述钢筋混凝土拱结构的损伤与破坏行为。     

加筋泡沫轻质土三轴剪切力学特性

通过三轴剪切试验, 对比在不同加筋率和围压下, 聚丙烯纤维加筋泡沫轻质土的剪切力学特性; 研究了泡沫轻质土各强度参数与加筋率、围压之间的关系, 获取了加筋泡沫轻质土裂纹扩展规律, 建立了应力-应变全曲线方程, 提出了加筋泡沫轻质土各强度参数关于加筋率和围压的本构方程; 将不同加筋率的试验数据归一化处理后进行分析, 得到了加筋泡沫轻质土的应力-应变全曲线方程, 获取了曲线方程中各参数关于加筋率、围压2个变量之间的函数关系。分析结果表明: 加筋泡沫轻质土三轴剪切强度和黏聚力均随加筋率增加呈现先增加后减小的趋势, 在加筋率达到0.75%时达到峰值; 加筋泡沫轻质土的内摩擦角受加筋率影响较小, 说明纤维作用主要是通过改变材料黏聚力来影响加筋泡沫轻质土的强度; 而强度降低率随着加筋率增加呈现明显的下降趋势, 最大从40%左右降低至10%左右时达到稳定; 加筋率一定时, 加筋泡沫轻质土的极限强度和残余强度均随着围压的升高呈增加趋势; 经过分析体积裂纹曲线发现加筋泡沫轻质土破坏时主要经历受压、产生裂缝、纤维承受拉力限制裂缝、裂缝扩展张力过大纤维拔出4个阶段, 而加筋泡沫轻质土达到屈服阶段时往往包括裂纹的稳定扩展阶段和裂纹的不稳定扩展阶段2个裂纹发育过程, 由于缺乏筋材, 泡沫轻质土属于脆性破坏, 因此, 没有裂纹不稳定增长阶段。      

非饱和原状土的弹塑性损伤本构模型

自然界所存在的原状土具有一定的结构性,与室内重塑土在加载过程中所表现出的力学特性（如变形和强度）具有明显的差异．本文以复合体损伤理论为基础,建立了适用于非饱和原状土的弹塑性损伤本构模型,并给出了损伤变量A的演化规律．其主要思想是把土材料看作由相对完整的土和相对破碎土两部分混合而成,二者的力学性能不同,且在受力过程中,相对完整的土逐渐转化为相对破碎的土,故分别采用弹性和弹塑性模型描述．该模型所采用的参数（除结构性参数β、α以外）均可以直接通过实验确定．结果表明,该模型能够较好描述非饱和原状土的应力．应变特性,尤其是应变软化现象,且所给出的扰动变量演化规律也能够较好描述土结构性退化规律．     

Numerical simulation of rock fracturing under uniaxial compression using virtual internal bond model

A multi-scale virtual internal bond (VIB) model for the isotropic materials has been recently proposed to describe the material deformation and fracturing. During the simulation process of material fracturing using VIB, the fracture criterion is directly built into the constitutive formulation of the material using the cohesive force law. Enlightened by the similarity of the damage constitutive model of rock under uniaxial compression and the cohesive force law of VIB, a VIB density function of rock under uniaxial compression is suggested. The elastic modulus tensor is formulated on the basis of the density function. Thus the complete deformation process of rock under the uniaxial compression is simulated.     

钢渣细骨料混凝土单轴受压应力-应变关系试验研究

为研究钢渣细骨料在混凝土中的适用性及钢渣细骨料混凝土的轴压本构模型，进行了钢渣细骨料的物理化学性能试验，并对钢渣细骨料的稳定性进行测试分析；在此基础上，制备了6组不同钢渣细骨料掺量的钢渣混凝土立方体及棱柱体试件，研究了钢渣细骨料混凝土的单轴受压性能. 研究结果表明:本文选用钢渣的游离氧化钙含量、压蒸粉化率均满足相关规范要求，适用于混凝土细骨料；钢渣细骨料混凝土破坏的脆性特征更加明显，比普通混凝土的抗压强度有明显提高；钢渣混凝土棱柱体抗压强度与立方体抗压强度比值为0.80 ~ 0.86；可依据Carreira and Chu模型及Wee模型对钢渣混凝土本构关系进行分段描述，分段式本构模型与实测钢渣细骨料混凝土的应力-应变曲线基本吻合.