平面应变条件下砂土局部化剪切带的有限元模拟

根据饱和砂土的排水平面应变压缩试验的应变场,分析研究砂土的应变局部化现象以及剪切带的形成。在平面应变压缩条件下,砂土在峰值应力状态附近出现应变局部化现象,在残余状态最终形成一条V型剪切带。剪切带的形成是一个渐进过程,砂土呈现出渐进性破坏特性。这种由软化特性引起的应变局部化剪切带是砂土材料非常重要的变形和强度特性之一。基于砂土的三要素弹黏塑性本构模型和动态松弛有限元求解技术,对砂土的应变局部化现象和剪切带的形成进行有限元模拟。其中,砂土本构模型中引入应变局部化参数S来表示砂土峰值以后的软化和剪切带效果,剪切带在单元内未考虑其方向性,而是假设剪切带方向与最大剪切应变的方向一致。分析结果表明,动态松弛有限元法及砂土三要素模型能合理地模拟砂土的应变局部化现象,剪切带附近的最大剪应变值也非常接近,从而实现对砂土材料从硬化→峰值→软化→残余的全过程模拟以及对砂土应变局部化剪切带的定量化分析。

砂土应力路径不相关的修正塑性功硬化参量与函数

砂土的变形强度特性明显存在着应力路径效应,因此在砂土的弹塑性本构建模时硬化参数和函数的选取并不是一个简单的事情。针对砂土的这一特性,用密实砂土进行一系列多应力路径的平面应变压缩试验。试验结果表明,所有的应变增量(例如轴向、横向、剪切以及体积应变等增量)及塑性功增量都与应力路径具有较大的相关性,因而在传统的砂土弹塑性分析中利用以上任何一个状态量作为硬化参数并假设其与应力路径不相关是不合理的。基于广泛的多应力路径平面应变压缩试验结果以及细致的数据处理分析,发现一个特殊的修正塑性功参量以及相关的函数,它们与应力路径不相关,因此在砂土的弹塑性解析中假定它们作为硬化参量和函数是与理论假设一致的。理论计算结果与室内试验相比较表明,利用提出的修正塑性功作为硬化参数和硬化函数所构成的砂土的弹塑性模型可以很好地模拟砂土材料变形及强度的应力路径效应。

双壁厚蜂窝铝芯的共面冲击力学性能

参考文献[1],加入孔壁的剪切和伸缩变形精确推导了双壁厚蜂窝铝芯的共面弹性模量公式,并给出了其静态峰应力、密实化应变和单位体积密实化应变能的计算公式。建立了双壁厚蜂窝铝芯7×7的单元阵列有限元分析模型,分析了冲击速度在3～252m/s时双壁厚蜂窝铝芯的冲击性能。随着冲击速度的增加,双壁厚蜂窝铝芯在x1和x2方向上先后表现出三种变形模式,变形模式的转换速度与（t/l）^1/2成线性关系。双壁厚蜂窝铝芯的弹性模量与冲击速度成二次曲线关系,峰应力和单位体积密实化应变能与冲击速度的平方成线性关系,它们的相关拟合系数与t/l成二次曲线关系。根据壁厚在0.05～0.3mm间的模拟结果,给出了描述以上关系的经验公式。

基于裂纹尖端张开角准则的多裂纹薄壁结构剩余强度分析

评估由中央裂纹(M(T))试样获得的裂纹尖端张开角(CTOA)预测多裂纹薄壁结构剩余强度的有效性.利用ABAQUS软件建立含有M(T)试样的二维有限元模型,采用裂纹尖端张开角断裂准则和平面应力模型模拟其裂纹扩展过程.对具有不同初始裂纹长度的M(T)试样,该方法预测的剩余强度和载荷—裂纹扩展增量曲线与试验结果接近,误差小于6%;但对于含有多条裂纹试样的剩余强度预测值偏大,相对误差在20%左右.通过增加对裂纹尖端周围单元约束的改进,采用平面应变核模型可以有效提高剩余强度预测精度;对具有不同多裂纹构型的薄壁结构进行分析,采用恒定裂纹尖端张开角和平面应变核的方法均可以得到与试验相近的结果,剩余强度预测误差基本都在10%以内.

基于准静态拉伸试验的临界CTOA测量

为了寻求更为简单、准确的临界裂纹尖端张开角(CTOAc)测量方法以推广CTOA准则的应用,本文对材料CTOAc的测量方法进行了研究。根据CTOA的性质及Gteborgs Kungliga Segel Sllskap(GKSS)提出的CTOAc估算方法导出了两种不同裂纹尖端张开位移(CTOD)定义之间的关系,并进一步得到一种基于准静态拉伸试验的CTOAc测量方法,该方法与GKSS提出的估算方法相等效但更加简单。为了验证准静态拉伸试验法的准确性,对7B04 M(T)试样进行了静态拉伸试验,并使用上述两种方法估算7B04的CTOAc,结果表明两种方法估算出的CTOAc仅相差1%。同时分别采用平面应变核模型、平面应力模型对试样进行了弹塑性有限元模拟,模拟结果与试验结果相吻合。

混凝土心墙坝蓄水前后应力位移规律浅析

将较为复杂的三维有限元问题采用二维平面应变问题解决,从而缩小了建模的复杂程度和计算量。同时计算了基于D-P准则的下的坝体有限单元法计算蓄水前后mises应力,心墙的横向和竖向位移及最大最小主应力变化,推导出了在D-P准则下的Drucker-Prager-α及Drucker-Prager-k系数。对拟定尺寸的大坝进行二维有限元计算,结果表明:计算得出的大坝变形规律符合基本规律,蓄水前后沥青混凝土坝心墙横向位移增大,最大竖向位移基本不变,且最大沉降量约为坝高的0.425%,出现位置约在坝高的2/5处;心墙大小主应力按破坏准则计算最大应力水平值小于1,表明心墙在蓄水前后均不会发生破坏。