一种新的动态回弹模量有限元实现方法

美国在2004年通过NCHRP 1-37A项目提出了用于路基土评估的新的动态回弹模量模型。该模型由于考虑了体应力和偏应力的影响,已得到广泛应用。然而,目前对于该模型的有限元实现均采用基于等效动三轴试验的等效切线模量进行材料点的局部迭代。为克服该实现方法在复杂应力状态下因模型简化带来的偏差,基于广义虎克定律推导了该回弹模量模型的精确一致切线刚度矩阵。通过编写的ABAQUS用户自定义材料子程序(UMAT)对轴压和围压加载情形进行有限元模拟,发现新推导的有限元实现方法较现有基于等效三轴试验的简化方法具有更高的计算效率和精度。最后对典型沥青路面结构的分析表明,为提高复杂应力状态下路基响应计算精度,在路面结构分析中采用基于当前应力状态的一致切线刚度矩阵代替等效切线刚度矩阵是十分必要的。

路基含水量对水泥混凝土路面疲劳寿命的影响分析

含水量对路基的回弹模量有显著的影响,而回弹模量是水泥混凝土路面板应力和路面弯沉的重要影响因素。为克服采用线弹性当量回弹模量进行路面结构分析带来的偏差,通过对粉土三轴试验数据拟合,获得了不同含水量下应力相关的非线性回弹模量参数。推导了精确的一致切线刚度矩阵,利用Abaqus用户材料子程序UMAT对应力相关的回弹模量模型进行有限元实现。基于路基-路面协调变形,建立三维有限元分析模型,调用移植的回弹模量模型对典型的水泥混凝土路面结构进行结构分析,获取路基土在不同含水量下的路面结构的应力应变响应,结合水泥混凝土路面的疲劳寿命关系分析路基土含水量对混凝土路面疲劳寿命的影响。研究结果表明:路基土含水量从最佳含水量-3%增加到最佳含水量+3%,回弹模量相应显著减小,路面顶面最大弯沉增加,路面板的板底最大拉应力增加,路面结构的疲劳寿命减少。

不同边界条件对路基结构动力学响应的影响

分别采用静力人工边界、无限元边界、粘弹性动力人工边界和远置静力人工边界对承受交通载荷的典型路基结构进行有限元分析。以远置静力人工边界计算获得的路面竖向位移和面层底部拉应力时程曲线为参考解,揭示边界条件对路基结构动力学响应的影响。分析结果表明:边界条件对拉应力的影响很小,它们与参考解的最大误差为0.82%;静力人工边界下的位移时程曲线一直在参考解附近震荡,无限元边界下的位移解高于参考解,粘弹性动力人工边界下的路面位移与参考解最为接近。综合考虑位移和应力的精确度与CPU的计算时间,粘弹性动力人工边界为最佳的路基结构动力学分析边界条件。

Ti-6242S钛合金高温循环粘塑性行为有限元模拟

采用ANSYS提供的粘塑性流动准则下的双线性各向同性硬化本构模型,考虑材料参数的温度相关性,通过单个单元有限模型对4种温度下施加相同平均应力和不同应力幅值的应力循环工况进行有限元模拟。实验与模拟结果的对比表明,该模型能够较好的地模拟高温450℃以下Ti-6242S钛合金粘塑性变形的循环累积。此外,由于该模型没有考虑循环过程中背应力的演化,对滞回环的预测不够理想,且过高预测了520℃下的粘塑性累积变形。