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。     

土工格栅经验型蠕变模型及其参数试验

为了探讨土工格栅在长期荷载作用下的蠕变特性,在不同荷载级别和环境温度的各种组合条件下,针对不同规格的土工格栅进行了长期室内蠕变试验,并根据对蠕变试验结果的综合对比分析,探讨了土工格栅蠕变曲线、荷载-应变等时曲线的一般特征。试验与分析结果表明:荷载级别、环境温度、格栅强度与生产工艺是影响土工格栅长期蠕变特性的重要因素。结合粘弹性理论建立了反映土工格栅蠕变特性的三参数经验型本构模型,提出了合理确定模型参数的试验方法,并通过与试验结果对比,分析了荷载级别和环境温度对蠕变模型参数的影响。所建议的格栅蠕变模型能有效地对土工格栅加筋结构长期工作性能进行分析与评价。     

组合梁桥徐变分析的超级单元法

基于多轴应力状态下的粘弹性本构关系,提出了钢-混凝土组合梁桥徐变分析的超级元法。采用广义Maxwell模型描述混凝土徐变行为,利用超级元法缩减分析规模,并通过Newton-Raphson迭代方法求解结构徐变响应。以两跨钢-混凝土连续梁桥为例分析了徐变对结构的影响,可供相关工程设计和实践参考。     

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。     

混凝土三维弹塑性本构模型研究

该文介绍了一种能够考虑三维约束的混凝土弹塑性本构模型。该模型能够描述普通混凝土和高强混凝土在三维应力下的强度提高和剪涨效应。该模型在Haigh-Westergaard应力空间采用三参数模型来描述混凝土的塑性加载,为了考虑混凝土的剪涨效应采用了非线性的塑性势函数,以及塑性体积应变作为混凝土的强化函数和软化函数的内变量。模型中的各参数都可归结为一个基本参数,而该参数可以通过单轴压缩试验进行标定,因而使模型具有极大的实用性和普遍性。模型计算结果和实验数据比较接近,可以很好地描述混凝土在约束应力条件下的强度提高和剪涨效应。     

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。     

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。     

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。     

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。     

钢管混凝土核心短柱轴压承载力影响参数分析

基于假定的合理的钢管混凝土核心短柱各部分材料本构模型,依据力的平衡和变形协调两个条件,建立了组合柱轴压承载力分析力学模型;据此分析了位置系数、钢管含钢率、配箍特征值及混凝土强度等参数对其柱轴压承载力提高百分率的影响,并建议了较为经济的组合柱参数范围,其结论可为工程应用提供依据。     

正交异性钢桥面铺装加速加载试验足尺数值模型研究

本文以嘉绍大桥正交异性钢桥面铺装工程为依托,针对钢箱梁子结构数值模型的适用性和铺装层结构参数敏感性进行研究。根据变形等效、应力等效、应变等效和细节等效的原则建立钢箱梁标准段数值子模型。通过标准段整体模型和子模型力学对比研究分析,发现子结构模型尺寸和边界条件可以真实有效地反映实体钢箱梁正交异性钢桥面板轮载下实际受力行为,根据所建立的子结构模型建立实体模型是合理适用的。这为足尺模型加速加载试验合理选择试验构件尺寸及加载边界条件带来了有力的理论依据。通过ERS钢桥面铺装结构参数敏感性分析,明确ERS钢桥面铺装结构的受力特性,可为ERS钢桥面铺装技术提供理论基础和设计指导。     

原状Q_3黄土剪切破损机理及其本构模型研究

原状Q_3黄土具有显著的结构性与湿陷性,其结构性对力学性状的影响非常复杂。为揭示原状Q_3黄土在三轴剪切试验过程中的细观结构变化,构建描述原状黄土Q_3剪切破坏细观结构破损演化规律的本构方程,揭示其结构性对力学性状的影响,采用了应力控制式CT–三轴仪对非饱和原状Q_3黄土进行围压为50,100,200,400 k Pa的固结排水三轴剪切试验,同时利用CT机将试样的5个断面分别按固结完成时、微裂纹产生时、剪切破损发展演化Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ和剪切破坏时6种损伤状态进行实时无损量测。结合三轴剪切试验时应力应变状态、对应的CT扫描CT数及方差的物理意义定义了原状黄土破损结构势参数与破损率,建立了破损率与轴向应变、偏应力的演化方程,充分利用CT图像上的细观物理信息研究了原状Q_3黄土结构破损演化过程及力学行为。试验结果表明:在峰值偏应力前后弱软化型试样随轴向应变的增大CT数先增大后减小、方差先减小后增大,而硬化型试样则CT数单调增大、方差单调减小;剪切破坏时软化型试样破损结构势参数先小幅增长后快速减小,硬化型试样其值变化不大;根据定义的破损率与轴向应变、偏应力函数关系将不同围压下破损前和破损后分段拟合进行归一化处理建立的本构方程可以很好地表述原状黄土剪切破坏细观结构破损演化全过程。     

基于长期性能的锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力数值分析

在外部侵蚀介质及荷载的作用下,钢筋混凝土结构或构件内的钢筋会发生锈蚀,导致结构性能劣化、承载能力降低。对其承载力的衰减程度进行数值定量分析是混凝土结构长期性能中待解决的关键问题之一。研究影响锈蚀钢筋各项参数中混凝土结构物长期性能的主要指标,基于锈蚀钢筋的退化本构模型及混凝土的时变损伤本构模型,考虑钢筋与混凝土在不同锈蚀率下的粘结强度关系,进行了锈蚀钢筋混凝土构件承载力时变衰减数值模拟,并通过回归分析建立了锈蚀钢筋混凝土梁极限承载力时变模型。分析模型可应用于已有混凝土梁式构造物的锈蚀后结构承载力计算与评定工作。     

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...     

沥青混合料动态黏弹性的分数阶微分本构模型

为准确描述沥青混合料的动态黏弹性力学行为,在分数阶微分Zener模型(FDZ模型)的基础上,提出了一种改进的分数阶微分Zener模型(mFDZ模型),给出了频域内动态模量、存储模量、损耗模量和损耗正切等动态黏弹性能表达式,它们满足Kronig-kramers关系。mFDZ模型参数通过两步确定,一是结合不同温度和加载频率下沥青混合料的复模量试验结果,通过Wicket图给出了mFDZ模型中与温度无关的模型参数,二是利用时间-温度等效原理与WLF方程确定了与温度相关的模型参数,同时得到了沥青混合料动态黏弹性能主曲线。将mFDZ模型与FDZ模型和Sigmoid函数经验模型进行比较,结果表明:传统Sigmoid函数经验模型和FDZ模型只能描述具有对称性的动态黏弹特性,而mFDZ模型能够准确描述沥青混合料的动态黏弹性能的非对称特性,且模型与试验结果吻合良好,克服了传统Sigmoid函数经验模型和FDZ模型的不足,为沥青混合料动态黏弹性力学行为的本构描述提供了新的思路与参考。     

基于疲劳应变演化的混凝土弯曲强度退化分析

为了研究混凝土在弯曲疲劳荷载作用下的强度退化规律,提出了基于疲劳应变演化的混凝土弯曲强度退化分析方法。基于疲劳应变三阶段演化规律及目前拟合方法的不足,构造了水平S形非线性应变演化模型,讨论了模型参数的物理含义、取值范围以及参数对模型曲线的影响;通过对常用损伤变量优缺点的分析,在应变空间上建立了疲劳损伤演化方程;结合混凝土疲劳强度退化的边界条件与同一损伤状态疲劳应变与弯曲强度必然存在唯一对应关系假定,建立了混凝土弯曲强度衰减方程式,整个过程都用玻璃纤维混凝土的试验数据进行了对比分析与验证。研究结果表明:水平S形非线性应变演化模型涵盖了疲劳应变演化规律的各种类型,具有适应性强、精度高的特点,适用于玻璃纤维混凝土疲劳应变演化的描述,也可在钢纤维混凝土以及各种再生混凝土疲劳应变分析中推广应用;基于疲劳应变演化模型建立的损伤演化曲线起初增长较快,中间线性增大,循环比超过0.9时急速增加,具有从左下角至右上角的水平S形变化规律,且与试验曲线吻合较好;弯曲强度衰减曲线起初下降较快,中间线性变化,循环比超过0.9时又迅速下降,衰减曲线为从左上角至右下角的S形曲线。     

钢骨混凝土桥墩撞击动力性能模拟分析

为研究钢骨混凝土桥墩的撞击动力性能,运用有限元动力分析软件LS—DYNA,对钢筋和钢骨混凝土桥墩模型的撞击动力性能进行了模拟分析。采用两种本构模型(KCC模型、CSC模型)来模拟混凝土的撞击动力强度。将模拟计算的撞击力、撞击位移、撞击头加速度和墩身测点应变与试验结果做了对比,两者吻合较好。CSC模型能够更好地模拟撞击中混凝土的动力学性能。在此模拟基础上,研究了内置钢骨形式对桥墩撞击动力性能的影响,以及配钢率对桥墩撞击承载力的影响。分析结果表明,在相同撞击能量下,内置圆钢管的混凝土墩身应力较小,抗撞击动力性能较好;钢骨混凝土桥墩的抗撞击承载力随着配钢率增大而提高,但配钢率增大至一定程度后抗撞能力几乎不再提高。     

汽车地面力学中土的弹性本构模型研究

综述了汽车地面力学中土的线性弹性本构模型、非线性弹性本构模型及常用的土的线性弹性本构参数、非线性弹性本构参数、并对汽车地面力学中土的弹性本构关系的研究进行了分析与展望。为用数值模拟方法研究汽车地面间相互作用提供了保证。