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     

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.     

在单调比例双轴压应力作用下混凝土应力—应变关系的试验研究

本文以试验为基础,研究在单调比例双轴压应力作用下混凝土的应力-应变关系,分析了峰值应变随应力比或峰值应力的变化规律,提出了相应的计算公式;将试验结果与几种本构模型进行了比较,并从工程应用角度提出了简单实用的应力-应变计算公式,其计算结果具有令人满意的精度。     

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.     

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.      

利用虚应变分析沥青混合料的粘弹性质

沥青混合料是典型的粘弹性材料之一,其行为特性较为复杂,利用虚应变则可以简化沥青混合料的粘弹性分析过程。对Superpave13沥青混合料进行了不同条件下的复数模量试验,并将试验结果转化为沥青混合料松弛模量的Prony系列表达式;分别进行了半正弦荷载试验和恒应变压缩试验,利用松弛模量计算了虚应变,并对采用虚应变的沥青混合料粘弹性本构关系进行研究。结果表明,利用虚应变可以消除粘弹性材料的应力-应变滞后效应和对荷载作用速度或时间的依赖性,而且应力-虚应变呈线性关系,从而可以利用广义弹性-粘弹性对应原理对混合料的行为特性进行分析,达到简化粘弹性分析的目的。     

利用虚应变分析沥青混合料的粘弹性质

沥青混合料是典型的粘弹性材料之一,其行为特性较为复杂,利用虚应变则可以简化沥青混合料的粘弹性分析过程。对Superpave13沥青混合料进行了不同条件下的复数模量试验,并将试验结果转化为沥青混合料松弛模量的Prony系列表达式;分别进行了半正弦荷载试验和恒应变压缩试验,利用松弛模量计算了虚应变,并对采用虚应变的沥青混合料粘弹性本构关系进行研究。结果表明,利用虚应变可以消除粘弹性材料的应力-应变滞后效应和对荷载作用速度或时间的依赖性,而且应力-虚应变呈线性关系,从而可以利用广义弹性-粘弹性对应原理对混合料的行为特性进行分析,达到简化粘弹性分析的目的。     

基于振动性态和破坏相似的边坡振动台模型实验相似律

鉴于岩土动态性质复杂及地震模拟振动台尺寸较大,边坡振动台模型实验采用原型工点采样岩土材料制成模型.模型实验相似律不仅应确保由共振频率与行波效应所体现的振动性态相似,同时应尽可能对变形破坏行为进行相似模拟,即做到破坏强度和应力水平相似.相似律关键在于保证原型、模型的按参考应变归一化后的应变比一致,因为岩土体本构关系呈软弹簧非线性,归一化应变比不仅决定对应的相对应力水平,更重要的是影响着共振频率.基于Mohr-Coulomb破坏准则和双曲线动本构模型恢复力骨干曲线,提出在保持归一化的剪应变比一致条件下,兼顾振动性态和破坏相似的振动台模型实验相似律:由土体初始剪切模量随埋深的幂函数变化规律,按振动性态相似原则确定台面输入地震波波形的时间压缩比,再以岩土材料的强度参数(c,φ值)按破坏相似原则确定台面输入波形的幅值比,得到各主要物理量的相似律.     

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.     

金属材料在非对称非比例应变路径循环加载下的塑性行为

本文对42CrMoA高强度合金钢进行了具有不同平均应变的非比例拉压—扭转循环加载试验,研究平均应变对应力响应的影响。试验结果表明,在非对称应变循环下,材料的应力响应与平均应变无关。因此,在循环塑性本构模型的建立中,应该考虑这一试验现象。     

钢-预应力混凝土组合梁抗扭极限分析

根据软化桁架模型理论,通过力及力矩的平衡、变形协调和材料本构关系,得出在转矩作用下预应力组合梁的受扭强度、扭率、应力、应变、扭转角等一系列方程,并推导出在转矩作用下开、闭口截面钢-预应力混凝土组合梁的抗扭极限强度计算公式.     

公路隧道围岩岩体力学本构特征数值分析

文章对诸永高速公路某隧道围岩岩体,开展了数值力学试验,在确定连续微元尺寸δ_c,并获取该围岩岩体的各项基本力学参数的基础上,进一步描述了该围岩岩体的力学本构特征。试验结果显示,当δ<4.6m时,各试体应力应变关系曲线变化幅度较大,其弹性阶段、峰值强度,及蠕变形式等均呈明显的不同;当δ≥4.6m时,则应力应变关系曲线开始趋于稳定,其峰值强度、蠕变规律等也基本相似。     

饱和粘土蠕变特性研究及参数确定

将两种弹-粘弹性模型(Burgers和H-2K模型)的一维蠕变方程,转换成三维状态下的应力-应变-时间关系,分别推导出常应力下两种模型的轴向应变随时间变化的方程.采用分级加载法进行室内长期单轴压缩蠕变试验,结合两种模型三维应力状态的轴向应变表达式,对试验结果进行拟合,得出相应模型的本构参数.试验结果表明:饱和粘土在新增荷载作用下2～3d变形趋于稳定,Burgers模型和H-2K模型均能较好地模拟饱和粘土的衰减蠕变过程;而H-2K模型能更好地模拟土样在常应力作用下的蠕变特性.     

红层泥岩加卸载力学特性与能量演化机制

为研究红层泥岩的力学特性和能量演化规律，基于5种不同围压梯度（200、250、300、350、400 kPa）及轴压与围压不等速率的应力路径，以四川遂宁地区红层泥岩为例开展了室内循环加卸载试验，得到围压效应对红层泥岩力学特性、总应变能密度、弹性应变能密度、耗散能密度的影响，以及应力-应变与能量之间的演化规律.研究结果表明：从初始加卸载至试验结束，轴向应力输入的总能量密度、弹性应变能密度以及耗散能密度总体呈先增大后减小的“正态分布”形式；在峰前阶段，弹性应变能密度与耗散能密度间的差值会随着循环加卸载次数的增加而增大；围压的侧限作用提高了试样承载能力，总能量密度、弹性应变能密度以及耗散能密度随着围压的增大而增大；在峰后阶段，当围压≤300 kPa时，耗散能密度低于弹性应变能密度，而围压>300 kPa时，耗散能密度高于弹性应变能密度，围压增大会进一步抑制试样破坏后弹性应变能密度的释放；相同围压下，随着干湿循环次数的增加，干燥、饱和状态下的抗压强度和弹性应变能密度均呈负相关关系；相同干湿循环次数，干燥状态的抗压强度和弹性应变能密度比饱和状态高，呈正相关关系.     

基于网格截面法的非线性梁单元

为准确描述材料进入非线性阶段后的应力状态,针对采用梁单元时框架结构材料非线性的有限元分析问题,提出了基于分布式塑性理论的三维材料非线性梁单元分析方法--网格截面梁单元法,并通过算例对其有效性和准确性进行了验证.这种方法采用平面等参单元将梁单元截面网格化,通过引入材料本构模型,由截面网格材料的应力-应变关系和应力分别积分得到梁单元的截面刚度矩阵和截面抗力,再通过位移插值函数计算梁单元在材料进入非线性阶段时的单元刚度矩阵和节点抗力.     

一种预测材料单轴饱和棘轮应变的本构模型

通过大量单轴棘轮实验,研究了均值、幅值、峰值和谷值应力对304不锈钢的饱和棘轮应变的影响规律以及棘轮历史对材料棘轮饱和变形状态的影响。结果表明,均值、幅值和谷值3种应力参量两两之间构成制约棘轮变形的二元参量,峰值应力与饱和棘轮应变之间在不受均值、幅值和谷值应力影响的单调函数关系,因而峰值应力是导致材料正向棘轮变形的根本原因。根据这一现象,提出了棘轮门槛应力值σrth和棘轮应力σr的概念,建立了基于单参数控制的、用于饱和棘轮应变预测和饱和棘轮本构模型SRM。实验发现,先前低循环应力水平下材料棘轮行为对后继高循环应力水平下的饱和棘轮变形无影响,进而提出了单试样法,利用该方法来确定SRM本构模型材料参数只需1-3个试样。基于单试样法建立的SRM模型用来预测在独立加载工况下304不锈钢试样的饱和棘轮应变,其安全因子介于1-1.3之间。σ     

串联型粘弹-粘塑性沥青混合料本构模型的有限元分析

为将串联型粘弹-粘塑性本构模型移植到有限元计算中,使其能够对沥青路面结构与时间相关力学行为进行有效模拟和计算,通过编制材料子程序对本构模型进行了有限元实现。三维广义Maxwell粘弹性模型采用遗传积分进行表征,利用Prony级数特性推导出卷积方程的递推公式,在应变增量条件下更新应变,获得迭代过程的刚度矩阵;微分型粘塑性本构方程基于径向回退法建立积分子步下的变量演化方程,通过N-R迭代算法解决了收敛性问题,并利用本构模型的离散化推导,建立了整体迭代过程的一致切线刚度矩阵。通过典型算例对室内试验的与时间相关性行为对比分析,验证了有限元实现的合理有效性,为沥青路面结构计算提供理论基础和实例分析。     

散粒材料非线性弹性关系研究

散粒体是工程中的一类具有广泛用途的特殊材料，国外对于散体材料本构关系的研究十分活跃，提出了许多理论模型。本文在分析和综合前人工件的基础上，从研究两半径为R相同球体接触出发，假设球球之间只发生弹性接触且遵循赫兹接触理论，利用能量方程，论述了建立散粒体非线性弹性关系的方法，文章提出了三种接触模型，并给出了显式应力应变关系式。     

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。     

352226X2-2RZ型货车轴承密封罩压装过程分析

采用有限元分析软件ABAQUS,针对货车352226X2-2RZ型滚动轴承密封罩压装过程进行了弹性和弹塑性有限元模拟分析,得出外圈入口、外圈牙口和外圈牙口沟槽三个重要阶段的弹性应变、塑性应变和最大等效应力数值,以及不同过盈量对弹性应变、塑性应变和最大等效应力的影响规律.并从压装深度和压装过盈量两个方面分析了密封罩脱出原因,得出了较佳的密封罩压装深度和压装过盈量.通过YN-2型密封罩压装测扭矩机进行密封罩压装结果检测,从而验证了理论分析结果,对分析密封罩压装过程模拟有一定的指导意义,为其他类型轴承的研究提供了一定的理论依据.