渤海海冰动力学中的粘弹塑性本构模型

在粘塑性海冰本构模型的基础上 ,将Kelvin Voigt粘弹性本构理论引入到海冰动力学中 ,进而建立了粘弹塑性海冰本构模型。该模型可较好地反映渤海海冰在小应变和小应变率条件下的粘弹性力学行为 ,同时还考虑了大应变率下的海冰粘塑性力学行为。对渤海辽东湾海冰进行了 48h数值模拟。结果表明 :粘弹塑性海冰本构方程较Hibler的粘塑性本构模型可更好地处理渤海的冰间相互作用 ,提高海冰数值模拟的计算精度。

冰三点弯曲试验的近场动力学数值模拟

为了研究近场动力学对冰受力变形至破坏过程数值模拟的可行性,本文依据近场动力学理论并引入自适应动态松弛法,给出了近场动力学求解动态问题和准静态问题的数值算法,建立了冰材料的近场动力学弹脆性本构模型,对三点弯曲试验进行了数值模拟。研究结果表明:近场动力学方法在破坏问题模拟上具有优势,并且对准静态问题的求解具有非常好的准确性;将三点弯曲试验过程的数值模拟结果与试验结果进行对比发现,变形过程相对误差小于5%,裂纹产生位置、试样折断结果与试验结果一致,说明近场动力学适用于冰材料受力变形至破坏过程的计算分析。

海冰动力学中本构模型研究的若干进展

从20世纪70年代,人们在不同尺度下建立了一系列的海冰动力学本构模型用于海冰数值模拟和预测.将目前应用的海冰动力学本构模型分为弹塑性、黏塑性、各向异性和颗粒流体动力学中的黏弹塑性模型4类,并分别讨论了各类模型的特点和适用范围.尤其对在极区及副极区大、中尺度下广泛应用的黏塑性及其改进的本构模型进行了深入地分析.最后得出:在大、中尺度下建立海冰动力学的黏弹塑性本构模型是提高海冰动力学计算精度的有效途径;将小尺度下采用黏弹塑性本构模型的海冰颗粒流体动力学的计算时效进一步改进后,可在大、中尺度下对海冰的重叠、堆积特性进行模拟;进一步开展海冰动力学的尺度效应研究,进行海冰本构模型的实验验证,并建立不同尺度模型间的相互联系也应是海冰动力学本构模型研究的重要内容.

浅埋偏压隧道变形特征及施工方案优化

为研究隧道洞口浅埋偏压段的变形特征,采取现场隧道变形监测和围岩室内三轴率敏性试验相结合,建立隧道围岩的弹黏塑性本构模型.通过有限元软件ABAQUS的UMAT子程序开展了隧道变形三维弹黏塑性数值分析,探讨了隧道在三种开挖工法下的拱顶沉降、水平收敛位移、围岩最小主应力及围岩塑性区分布规律,以此确立合理有效的施工工法.研究结果表明:预留核心土法、三台阶法以及上下台阶法这三种施工工法引起的地表沉降,其深埋侧分别是浅埋侧的2.01,1.48,1.83倍,边墙两侧最小主应力则分别相差0.11,0.29,0.05 MPa,表明偏压隧道的应力场和位移场在开挖支护过程中呈现出不对称分布的特点;选出适宜的施工工法为上下台阶法,采用此工法可以使拱顶沉降及地表沉降减少11.7%~22.1%,而且在施工过程中支护结构受力最为合理,有利于偏压隧道的长期稳定.

一种理想弹塑性模拟的冰材料本构模型

船冰碰撞是船舶碰撞研究领域的热点之一,对冰材料的模拟是船冰碰撞的研究重点。提出一种利用理想弹塑性模型模拟的冰材料本构模型,利用半隐式图形算法计算单元塑性阶段的应力,利用Tsai-Wu屈服准则和经验失效公式用来描述冰的力学行为。利用二次开发功能,将冰材料模型嵌入LS_DYNA程序,并验证该模型的准确性和适用性。研究中针对不同局部形状的冰块与船侧碰撞场景,通过比较分析碰撞力、能量耗散等,探讨冰块的局部形状对碰撞场景的影响。研究结果表明:冰材料模型在大接触面的条件下压力与已有标准吻合较好;在不同的冰块局部形状条件下,船冰碰撞的相互作用过程不同;较钝形状的冰块表现近乎刚体,较尖锐形状的冰块较易破碎。

含水量对高含冰量冻结砂土屈服面的影响

以往关于冻土屈服特性的研究很少考虑含水量的影响,但实际工程中经常遇到的是变含水量情况,因此本文通过-5.0℃条件下高含冰量冻结砂土的一系列三轴压缩试验,系统地研究了含水量对屈服特性的影响,并且由此建立了带有含水量参数的偏应力-剪应变增量型关系式。试验结果表明:随含水量的变化,应力-应变曲线类型有明显变化,即在不同的含水量区间,含水量对硬化规律有不同的影响特性,因此为了使屈服函数的形式更加简单和提高拟合准确度,对于屈服函数的具体形式应该根据塑性剪应变(硬化参数)和含水量不同区间进行分别确定;当塑性剪应变较小时(0.00%~1.00%),随含水量的增大,偏应力逐渐增加,而当塑性剪应变较大时(大于1.00%),随含水量的增大,偏应力有一个先减小后增大的变化过程,并且42.0%可以作为含水量转折点;通过分段硬化原则建立的带有含水量参数的屈服函数与偏应力-剪应变的增量型关系式的模拟值与试验点基本相吻合,这说明得到的屈服函数与偏应力-剪应变的增量型关系式可以用于不同含水量条件下屈服面和偏应力-剪应变曲线的预测。