双相钢DP780在高应变速率下的力学本构表征研究

CAE技术已成为整车开发过程中的一种重要手段，准确的CAE 分析需要精确的材料性能数据和本构表征。传 统的金属材料本构模型在表征材料不同应变速率下的力学行为时，仅采用平行或发散的应力- 应变关系。如何通过材料 的本构模型更加准确地表征不同应变速率下的应力- 应变关系，是一个关键问题。对一种新的且能够表征材料的收敛、 发散或平行应力-应变模式的本构模型进行研究，结果表明，新模型能准确地描述双相钢DP780 在高应变速率下的应力- 应变关系，且由新模型得到的双相钢DP780 在高应变速率下的应力- 应变数据精度更高。     

钢箱-混凝土组合构件约束混凝土本构关系

为计算和分析一种新型的钢-混凝土组合结构——钢箱-混凝土组合构件,研究钢箱-混凝土组合构件中钢箱与钢筋共同约束下的混凝土本构关系模型,进行了一组钢箱-混凝土组合压弯构件试验,分析了在不对称约束条件下各部分混凝土的约束效应,根据各部分约束效应,将混凝土分成了强约束区、弱约束区及无约束区。对约束混凝土采用非均匀材料的直接均匀化理论,提出了析钢箱-混凝土组合构件中约束混凝土的匀质化材料本构模型,使用试验实测数据确定了本构模型中的参数。采用该本构模型的纤维模型法全过程分析结果表明,应用该本构关系计算所得的M-N曲线及荷载-应变曲线的分析结果与试验实测结果吻合良好。     

预应力砼Ⅴ形墩刚构桥墩身截面弯矩-曲率分析

介绍了Ⅴ形墩截面弯矩-曲率分析的基本理论和基本假定,分析了砼Mander本构模型和钢筋应力-应变双折线模型;以某预应力砼Ⅴ形墩刚构桥为例,基于砼Mander本构模型和钢筋应力-应变双折线模型,应用有限元软件MIDAS/Civil分析Ⅴ形墩截面的弯矩-曲率曲线,为桥梁墩身的延性计算提供借鉴。     

不同本构关系对混凝土受压截面承载力的对比分析

讨论了混凝土不同应力-应变关系的简化模型下,其受压截面承载力的区别。对典型化本构模型、美国E.Hognestad模型、清华大学过镇海教授模型3种不同的本构关系模型分别在相对应的3种规范下的等效计算进行对比分析并得出结论。结果显示,以典型化本构模型按我国《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)计算得到的承载力相对安全。     

高应变率下高强钢的塑性力学行为及本构模型CSCD

针对高强汽车板具有的应变率效应,研究了应变率相关模型的适用性。基于液压伺服高速拉伸试验机,对低合金高强度冷轧钢HC340LA进行了中高应变率(0.1~500 s-1)拉伸试验。使用动态显示非线性有限元LS-DYNA软件进行了高强钢动态拉伸模拟,对比分析了Johnson-Cook,CowperSymonds等本构模型对高强钢应变率效应和塑性硬化行为的表征结果。研究表明:与Johnson-Cook,Cowper-Symonds等本构模型相比,使用Swift-Hockett-Sherby加权硬化本构能更准确描述高强钢的塑性流动力学行为,使用应变率内插法可以更准确模拟高强钢的应变率效应。     

汽车碰撞吸能铝合金力学性能试验及仿真研究

针对汽车碰撞吸能用5357铝合金材料,进行了准静态及应变率为分别为0.001s-1、0.1s-1和200s-1的单轴拉伸试验。采用Johnson-Cook(J-C)、Cowper-Symonds(C-S)及Plastic-Kinematic(P-K)弹塑性本构模型对该铝合金在不同应变率下的本构关系进行描述,并在试验数据的基础上,拟合出各本构模型的参数。利用LS-DYNA软件开展仿真分析,并引入总体相关指数(GCI)对三种本构模型描述该铝合金的准确性进行定量评估,结果表明C-S与J-C模型的GCI值相近且高于P-K模型,故C-S与J-C模型更适合模拟5357铝合金材料的力学行为。     

堆载预压法加固软土地基简化计算分析

以平面应变Biot固结理论为基础，采用修正剑桥本构模型，介绍了利用有限元计算堆载预压法加固软基的数值方法。通过有限元对某试验段工程进行简化计算，并和监测结果进行了对比分析，具有较好的准确性，为软基沉降变形分析提供了一种简单实用的方法。     

二向应力状态下早龄期C20混凝土的本构关系试验研究

早龄期混凝土的本构关系是施工期混凝土结构非线性分析和计算的基础,由于其理论研究的严重滞后,造成了早龄期混凝土结构分析时先进算法和粗略模型的不匹配,也找不到可以依据的本构关系。借鉴弹塑性本构理论,根据早龄期C20混凝土材料的破坏包络面、初始屈服包络面以及参照面对八面体应力空间的划分状况,依据被划分区域和两个强度包络面及参照面在应力空间中的相对位置关系,分别给出了各划分区域的本构模型,得到了早龄期C20混凝土材料一般形式的弹塑性本构关系,从而为早龄期C20混凝土结构或构件在双轴受力状态下的非线性分析提供了理论依据。     

人工气候下腐蚀预应力钢绞线的力学性能研究

为了研究腐蚀预应力钢绞线的力学性能,通过人工气候试验箱获取了腐蚀预应力钢绞线样本,进而开展静力拉伸和电镜扫描试验,分析腐蚀对预应力钢绞线屈服强度、极限强度、极限应变及弹性模量的影响,探讨腐蚀预应力钢绞线微结构和断口变化特征,并在此基础上建立了腐蚀预应力钢绞线本构关系模型。研究结果表明:腐蚀对钢绞线力学性能的影响随着腐蚀程度而逐渐发生改变。在腐蚀率较低的情况下,钢绞线的极限应变随腐蚀率的增加近似地线性降低,极限强度轻微下降,腐蚀对钢绞线弹性模量与屈服强度影响较小;当腐蚀率增大到临界值后,钢绞线的极限应变减少较大,具有明显脆性失效特征,但对弹性模量与屈服强度的影响依然较小。钢绞线轻度腐蚀时,其本构模型可用弹性-硬化双线性模型表征,当腐蚀率超过临界值时,其本构关系转变为单线性模型。     

地铁联络通道人工冻结粉质粘土变形与温度特性试验研究

为研究温度对粉质粘土变形特性的影响,以冻结粉质粘土为研究对象,通过三轴剪切试验,研究了不同温度条件下粉质粘土变形特性.试验结果表明:温度对土体的变形和强度存在显著影响.同一偏应力作用下,温度越低,变形越小.温度与冻结粉质粘土强度大致呈反余切函数关系.冻结粉质粘土应力-应变关系呈硬化型,无峰值强度.未冻粉质粘土应力-应变关系呈软化型,有峰值强度.依据Duncan-Chang模型建模思路建立了以温度为影响因子的冻结粉质粘土本构模型.偏应力和应变呈幂次函数关系.温度则主要通过幂次函数的系数A和B影响冻结粉质粘土的应变.最后,将建立的本构模型导入有限元分析软件MIDAS中,并以沈阳地铁DK11+ 395联络通道处工程为例,对冻结法施工过程中的土体变形进行了数值模拟.数值计算结果与现场监测结果吻合程度较好,验证了所建立本构关系模型的有效性.     

沥青路面蠕变响应现场预估方法与试验

为了揭示在役沥青路面结构的黏弹特性,给基于黏弹性本构的沥青路面设计提供参考,针对现有沥青路面应变测试仍然基于弹性假设的现状,依据三维线黏弹本构理论,通过现场埋设应变和温度传感器,开展不同温度与轴载作用下的沥青路面静载蠕变试验。基于实测应变变化规律对现有表征沥青混合料黏弹性本构模型的适用性进行了判别,并分析温度、偏应力等外部影响因素对沥青层黏弹性参数的影响规律,由此建立沥青路面应变随外部因素变化的预估模型。结果表明:实测蠕变历时曲线呈现的黏弹特性很好地符合Burgers模型,拟合判定系数超过0.98;Burgers模型的4个参数(G_1,G_2,η_1及η_2)均随温度的提高而减小,随偏应力的增加而增大,与偏应力、温度分别呈良好的线性和指数函数关系,拟合相关系数均大于0.84,其中黏性参数η_1和η_2受温度和偏应力的影响显著;按应变预估模型计算得到的应变与同等工况下的实测应变历时曲线规律吻合,应变值的相对误差在10%以内,表明建立的基于三维黏弹本构关系的沥青面层应变预估方法合理、可行。     

基于扰动状态理论的生物酶改良膨胀土K-G模型

以生物酶改良膨胀土的非线性弹性本构关系为研究对象,提出基于扰动状态理论的修正K-G模型。首先开展不同生物酶掺量条件下的重塑膨胀土样的等向固结排水试验和等p三轴固结排水剪切试验,研究生物酶改良膨胀土的应力-应变关系特征,基于非线性弹性K-G模型,分析生物酶掺量对膨胀土的切线体积模量K_t和切线剪切模量G_t中相关参数的影响规律。采用生物酶掺量作为扰动掺量,以试验和扰动状态概念为基础建立扰动函数,基于扰动状态理论对K-G模型进行修正,以反映生物酶掺量对改良膨胀土应力-应变扰动关系,使本构关系符合土体的实际变形过程,更合理地描述生物酶改良膨胀土的非线性弹性应力-应变关系。结果表明：通过对比ε_v-p及ε_s-q的试验曲线、K-G模型曲线与修正K-G模型理论计算曲线,体应变ε_v的K-G模型预测值小于试验值,而剪应变ε_s的K-G模型预测值大于试验值,修正K-G模型的体应变ε_v和剪应变ε_s的预测值都与试验值较为接近。修正K-G本构模型中各参数物理意义明确,与K-G模型中的参数确定方法一致,可以较合理地描述不同生物酶掺量扰动条件下改良膨胀土的变形特性。     

岩石损伤本构模型在大理岩三轴卸荷试验中的应用

依据岩石强度服从统计分布的特点，通过定义损伤变量，并在一定的假定条件下，运用岩石力学中的D-P强度准则，建立岩石损伤本构模型。对大理岩在不同卸荷速率条件下的试验结果进行分析，利用试验所得的岩石力学参数及求解数据，通过拟合求得损伤本构模型的分布参数，进而确定损伤本构模型的演化曲线。通过与试验曲线对比分析，结果表明:理论曲线基本能反映大理岩在三轴卸荷条件下的应力-应变关系及强度特点；导致高卸荷速率下的大理岩试件强度相对要低的原因，是高卸荷速率的岩石在卸荷过程中其内部损伤演化发展相对要快。     

考虑双重约束的钢管混凝土叠合柱计算模型

在钢管混凝土叠合柱中,钢管混凝土部分与管外钢筋混凝土部分之间的双重约束显著地影响了叠合柱的轴压性能,传统钢管混凝土本构和钢筋混凝土本构难以对叠合柱的力学行为进行较好的模拟。对此考虑叠合柱中的双重约束效应,建立了叠合柱增量迭代应力应变模型,对叠合柱的轴压性能进行分析。模型基于新的反映双重约束的叠合柱横向应变模型,可以考虑双重约束的计算程序。将叠合柱增量迭代应力应变模型的计算结果与试验结果进行比较,发现该模型能较好地反映叠合柱的轴压性能,验证了该模型的合理性、有效性,适用于实际工程对桥墩的设计。     

A Study on the Effects of Hyperelastic Constitutive Models on the Static Characteristic Prediction of Rubber Isolator

通过对某橡胶材料标准试件的单轴拉伸、平面拉伸和等双轴拉伸的应力-应变数据的测试,并利用最小二乘原理识别了5种常见橡胶超弹性本构模型的参数,对比了不同模型间的拟合精度.以某款车型的橡胶隔振器为实例,计算不同本构模型在3种典型工程应变下的力-位移曲线,并与实测数据进行对比.结果表明,MooneyRivlin模型在处理较小应变数据时具有较好的计算精度和计算稳定性,Van der Waals模型和3阶Ogden模型在处理较大应变数据时具有较好的计算精度.     

基于Drucker-Prager准则的水泥土统计损伤本构模型

为研究水泥土应力-应变关系,引入统计损伤理论,假定水泥土微元强度服从双参数Weibull分布,并基于Drucker-Prager准则度量水泥土微元强度,建立水泥土统计损伤本构模型.然后根据水泥土应力-应变曲线特点,给出模型参数确定方法.通过实例分析验证了新建立的基于Drucker-Prager准则的水泥土统计损伤本构模...     

中空夹层钢管混凝土柱力学性能研究

基于给定的核心混凝土和钢材的三轴本构模型,设定构件内、外两层钢管使用相同的钢材,并考虑核心混凝土和钢管变形协调,应用连续介质力学理论,对中空夹层钢管混凝土短柱进行了弹塑性全过程理论分析,建立了中空夹层钢管混凝土短柱组合弹性模量理论计算公式和应力-应变关系全曲线的理论计算模型。该计算模型形式简单,参数少易确定,便于程序化实现,并与文献资料的试验结果进行了比较,结果表明,该模型能较好地反映试验规律以及组合构件材料物理性能的优点,为中空夹层钢管混凝土组合结构进一步研究奠定了基础。     

早龄期机制砂混凝土抗压强度与弹性模量时效关系及本构模型试验研究

为了研究早龄期机制砂混凝土在单轴受压状态下抗压强度与弹性模量的时效关系和本构模型,通过对8组不同龄期的C60机制砂混凝土试件进行立方体抗压强度试验、静力受压弹性模量试验和单轴受压应力-应变曲线试验,并参考多种已有研究模型,建立了早龄期机制砂混凝土在单轴受压状态下的抗压强度与弹性模量时效关系模型和分段式应力-应变本构模型。结果表明,采用的抗压强度与弹性模量时效关系模型和分段式应力-应变本构模型与试验数据吻合效果理想,能够较好地描述早龄期C60机制砂混凝土在单轴受压状态下的力学性能。     

高填方压实土时效变形特征与长期沉降分析

为更有效地分析和预测高填方路堤的施工与工后沉降,重点考虑了路基压实土的超固结、剪胀等力学特性以及率敏性、蠕变等时间相依变形特征,结合室内土工试验分析了其力学特性的影响因素。以Hashiguchi提出的下负荷屈服面为参考屈服面,按相对过应力理论,建立了能反映超固结土剪胀、应变软化、应力历史以及时间相依变形特征的弹黏塑性本构模型;结合三轴剪切试验的结果确定模型参数,并通过固结蠕变和等应变速率三轴压缩两类典型的率敏性试验对模型进行了验证。将提出的超固结土弹黏塑性本构模型的应力积分算法通过UMAT子程序嵌入ABAQUS软件,使其成功用于某高速公路坝式路堤沉降问题分析。结合高填方路堤现场沉降监测结果研究表明:高填方压实土的超固结应力历史以及时间相依的流变性质对其变形有着显著影响,提出的超固结土弹黏塑性本构模型能模拟压实土的剪胀、应变软化以及时效变形特征,能应用于三维复杂条件下高填方路堤的施工及工后沉降计算,且沉降预测结果与现场观测数据吻合良好,具有较好的理论研究和应用价值。     

基于位移释放系数的深埋圆形压力隧道力学行为的解析解

为解决含有孔隙水的可渗透岩层中隧道围岩的力学行为，采用复变函数法与Biot孔隙弹性理论相结合的方法，建立了一个基于位移释放系数的可渗透深埋圆形压力隧道的应力和位移的解析模型。根据应力应变本构方程及平面应变协调方程导出了应力函数的非齐次双调和方程。选取计算参数进行算例计算，并将计算结果与商业有限元软件的计算结果进行对比，两者基本一致。通过选取不同的隧道参数及远场应力比进行敏感性分析，发现隧道在软衬砌和硬衬砌条件下会产生较大差异的力学行为。位移释放系数和孔隙压力对围岩中的环向应力和径向应力有显著的影响。