非线性硬化与软化的巷道围岩应力分布与工况研究

采用摄动法得到接近岩体实际的弹性、应变非线性硬化和软化3段光滑连接的本构模型,求得静水压力下圆形巷(隧)道围岩塑性硬化区和软化区的应力分布规律。给出围岩平衡方程、地应力–硐室位移关系和围岩特征方程。分析中可自然导出围岩自承地应力上限概念。根据围岩平衡方程写出围岩弹性区、硬化区和软化区分担地应力的表达式。计算表明,围岩硬化区承载力ph大于弹性区承载力pe,软化区也有相当的承载能力。特别是所求得的切向应力σθ/p0-r/a曲线光滑连接,没有尖峰向上的应力集中,此结果与其他学者在巷(隧)道模拟试验中测得的σθ-r曲线形状一致,从理论上证明基于理想弹塑性本构模型的Kastener解在围岩软化区半径处的σθ-r曲线有尖峰向上的应力集中与实际不符。

非线性硬化与非线性软化的巷、隧道围岩塑性分析

在符合岩体实际的弹性、应变非线性硬化和具拐点的非线性软化的三段式光滑连接应力-应变关系条件下,求得静水压力下圆形巷、隧道围岩塑性硬化区和软化区的应力分布表达式。证明了所求得的巷道围岩径向和切向应力曲线在硬化区半径r=Rs和软化区半径r=R处均光滑连接,特别是所求得的切向应力σθpo-r a曲线没有尖峰向上的应力集中,此结果与日本学者久武胜保的试验结果一致。指出基于理想弹、塑性本构模型的Kastener解有明显缺陷,其σθ-r曲线尖峰向上的应力集中与实际不符。

基于非线性运动硬化模型的饱和黏土桩基础竖向循环弱化数值分析

针对饱和黏土的循环弱化特性,在商用有限元软件的基础上,建立了基于非线性运动硬化准则的饱和黏土循环弱化模型,在各向同性的硬化准则中引入了以等效塑性变形为变量的弱化规律,采用非线性运动硬化准则描述土体的循环滞回特性,同时考虑土体刚度的弱化。通过与饱和黏土单向循环三轴试验结果对比,验证了该模型的有效性。应用本模型,对竖向循环荷载作用下的单桩进行了二维有限元数值模拟,研究了不同循环荷载水平、不同循环次数、在不同土体刚度指数的地基中单桩竖向承载力的弱化情况。最后通过对有关文献模型试验的模拟对比验证了该数值方法的有效性。

各向异性非线性随动硬化本构模型的建立及应用

基于平面应力假设,采用HILL48各向异性屈服准则和A-F非线性随动硬化模型及塑性流动法则建立一种各向异性非线性随动硬化本构模型。运用向后欧拉回映算法,通过Fortran语言编写UMAT子程序,将该本构模型嵌入到ABAQUS软件中。以板料经过拉深筋的循环加载问题为研究对象,利用开发的本构模型、ABAQUS软件中的各向同性屈服及随动硬化模型对板料经过拉深筋的变形过程进行数值模拟分析,得到切向应力-应变循环变化曲线。对比试验结果,开发的弹塑性本构模型的计算精度更高,验证了所建本构模型的有效性,该模型可以应用于板料反向加载变形行为研究。

不锈钢管混凝土构件力学性能研究现状与展望

不锈钢管混凝土构件兼具钢管混凝土构件的特性和不锈钢材料的耐腐性。由于不锈钢的非线性特性,其力学行为与传统钢材显著不同。为了解决不锈钢管混凝土构件在应用中可能遇到的设计挑战,特别是由于忽视不锈钢的应变硬化和显著的非线性特性而导致对钢管截面强度过于保守的估计问题,对国内外不锈钢管混凝土构件的静力性能、界面黏结性能和动力性能的研究进展进行了详细阐述,并指出当前研究主要集中在静力性能,特别是截面轴压承载力的计算方法,而界面黏结性能和动力性能的研究还处于初步阶段。此外,针对目前不锈钢管混凝土构件的研究尚未充分考虑不锈钢材料应变硬化阶段的问题,对连续强度法的应用进行了总结和改进,提出了进一步的研究工作展望,以期更准确地描述和预测不锈钢管混凝土构件的力学性能,从而在结构设计中最大化其应用优势。

大直径单桩水平循环弱化有限元分析

处于复杂海洋环境下的大直径单桩基础需要承受波流等长期水平循环荷载作用,建立能反映其循环弱化特性的有限元分析方法尤为重要。为此,采用非线性运动硬化准则和饱和软黏土循环弱化模型描述土体循环加载时的滞回特性和强度弱化,并建议了模型参数的选取方法。为验证该本构模型在分析桩土循环弱化时的有效性,先将大直径单桩循环加载有限元模拟结果与离心试验结果进行对比。并进一步研究了循环位移幅值、弱化参数对于大直径单桩基础桩顶反力弱化的影响。

Finite Element Analysis on Plane Stress Crack Growth in a Power-Law Hardening Material

Aim To determine numerically the field characteristics in the vied at the tip of a place crack growing steadily in a power-law hardening material. Meteods. Methods on the Euler mode and small-scale yield assumption, the numerical results were given by nonlinear finite element analysis. Results The numerical results of the shape of the active plastic sone, the angular distribution of stresseses and Clack tip opening displacement (CTOD) in the vicinity at the hp of the steadily groWing CraCk are determined. Conclusion The comparison between the numerical results given by the present wort and those given by analytic asymptotic analysis shows that the present work reached a very high accuracy.

基于RIK硬化模型的柔性辊弯成形仿真研究

针对柔性辊弯成形过程中板材反复加载、卸载的复杂成形工艺特点,采用Fortran语言对ABAQUS用户子程序VUMAT进行二次开发,对考虑交叉硬化效应和包辛格效应的材料非线性旋转运动(Non-linear Rotationaland Kinematic,RIK)硬化模型进行有限元程序实现,并利用动力显示ABAQUS/Explicit对柔性辊弯成形过程进行数值模拟。分析了材料RIK硬化模型对该成形过程应力应变的影响规律,并建立柔性辊弯成形起皱临界应力解析模型,探讨了板材的材料参数以及成形工艺参数对失稳起皱的影响。结果表明,非线性旋转运动硬化模型能够很好地体现柔性辊弯成形过程的工艺特点以及皱曲现象。

基于形状记忆合金橡胶碰撞缓冲器的相邻单自由度结构地震碰撞减震分析

相邻结构在强震作用下的碰撞会引起加速度放大、应力损伤甚至破坏。基于形状记忆合金橡胶的非线性应变硬化和摩擦耗能特性,对比研究相邻单自由度结构体系在安装/未安装形状记忆合金橡胶垫情况下的地震碰撞过程,分析形状记忆合金橡胶垫轴向刚度对结构碰撞减震指标的影响规律。研究表明:形状记忆合金橡胶碰撞缓冲器具有高弹性、高阻尼和非线性硬化的特性,能够延长碰撞作用时间,有效降低结构碰撞响应,降低幅度在90%以上;轴向刚度是其碰撞减震控制效果的敏感参数,减震控制效果随轴向刚度降低而增加。