基于虚强度参数的塑性硬化模式

塑性理论中常采用等向硬化、随动硬化和混合硬化的假定来描述硬化函数的演化规律,这需要在屈服函数上增加相应的函数项,但这些关于硬化模式的假定不是必须的。提出了利用虚强度参数来描述介质塑性硬化规律,即在不改变屈服/破坏函数形式的条件下,只将其中的强度参数替换为塑性硬化参量的函数,便可以实现既避免硬化规律的先验假设,又可体现介质的硬化过程。采用一组煤岩的三轴加卸载试验数据研究了基于Coulomb-Mohr准则和基于Drucker-Prager准则及其强度参数的塑性硬化函数。结果表明,这2个函数的塑性硬化面子午线在应力空间中以平移和旋转2种方式体现介质的塑性硬化过程,并与已有煤岩试验数据一致。所提出的虚强度参数的概念为破坏准则中真实强度参数替换后作为硬化函数提供了一个逻辑的桥梁。

塑性硬化材料耦联系统的变分原理及其在塑性加工中的应用

本文针对塑性加工中最常见的塑性硬化材料模型，建立了其耦联系统的变分原理，并应用耦联系统的势能原理分析了镦粗变形工序。

大变形扭转塑性硬化的实验和仿真研究

通过拉伸和扭转实验以及理论分析发现:在扭转实验中,当等效名义伸长率达到 286％时发生扭断,在此之前无明显局部化现象出现;相比较而言,单轴拉伸实验中的试件在颈缩失稳断裂时标距的最大伸长率仅为 29％.因此,用实心圆柱的扭转实验作为研究低碳钢这类弹塑性材料在大变形特征下的更为有效的基本实验,而以单轴拉伸实验作为补充是十分必要的.并通过数值模拟对在扭转过程中弹性核演变的历史进行了分析.

塑性硬化材料亚耦联系统的变分原理及其在塑性加工中的应用

为降低金属塑性成形模拟试验的成本和难度 ,针对塑性加工中最常见的塑性硬化材料 ,给出了塑性成形模拟中原型与模型的定义 ,以及位移亚耦联系统和载荷亚耦联系统的定义 ,并建立了塑性硬化材料位移亚耦联系统和载荷亚耦联系统的变分原理 ,从而建立了有不同本构方程的两种材料的变形关系 ,克服了目前只有本构方程相同的两种材料才可以进行塑性变形模拟的理论限制。利用建立的变分原理 ,分析了铝。

塑性硬化材料亚耦联系统的变分原理

针对塑性加工中最常见的塑性硬化模型，建立了塑性变形的亚耦联系统及变分原理，并应用该变分原理分析了柱体的镦粗变形。

基于全过程曲线循环加卸载的岩石塑性硬化软化模型研究

基于不同围压下的岩石三轴全过程循环加卸载试验成果曲线,分离出空间塑性主应变,在屈服函数上增加塑性理论中的某种塑性硬化或软化函数项,研究满足Mohr-Coulomb屈服准则的强度参数在初始屈服、峰前硬化及峰后软化全过程中随塑性参量的动态演化规律。通过试验数据整理分析,发现岩石破坏过程中在塑性硬化阶段内摩擦角、剪胀角有一个先增加后跌落的过程,而黏聚力在塑性硬化和软化阶段均减小这一规律;并采用非线性函数对该规律进行拟合回归,得到了内摩擦角、剪胀角和黏聚力等强度参数以塑性参量为函数变量的演化模型;将该规律应用于拉格朗日数值分析中,模拟了室内大理岩试件破坏过程中的应力-应变关系曲线特征。研究表明,基于岩石全过程循环加卸载试验的力学模型能较好地描述大理岩的塑性硬化塑性软化的力学行为,具有一定的理论意义和工程应用价值。

冲击荷载下煤的塑性硬化-软化过程动态损伤本构模型

CO_(2)气相压裂已经成为我国高瓦斯突出煤矿一种有效的瓦斯综合治理技术,是低频、低速、长波非炸药爆破技术,破坏煤体的机理和过程与炸药爆破高应变率冲击作用不同,可能更接近于中应变率冲击条件下的破坏机制。为研究CO_(2)气相压裂冲击作用下煤体破坏特征,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统对阳泉矿区新元矿的煤样进行10~100 s^(-1)中应变率条件下的动态冲击试验,分析煤在冲击荷载下脆性破坏向延性破坏转化的特性和应力-应变曲线峰值前硬化、峰值后软化机制。引入受应变率控制的动态弹性模量E_(D),建立煤的塑性硬化-软化过程动态损伤本构模型,并给出模型参数的物理意义及拟合方法,验证模型的正确性。结果表明:(1)冲击荷载下煤的动态应力-应变曲线近似为理想弹塑性变形过程,表现为应力峰值前的应变硬化与峰值后的应变软化特性。其内部裂隙损伤演化破坏过程呈现Ⅰ-无损伤、Ⅱ-微裂隙演化、Ⅲ-宏观裂纹成核、Ⅳ-宏观裂纹扩展及崩塌破坏4个阶段。(2)构建的方程描述了煤塑性硬化-软化全过程,发展了应力-应变曲线BC段应变软化过程的精确描述方法。(3)新模型仅含有5个动力参数,具有力学意义明确、参数少和拟合计算方便的优点。其中动态弹性模量E_(D)、极限应变ε_(s)、峰后应变ε^(B)_(I)随应变率ε的增大而增大,脆性指数n随应变率ε的增大而整体减小;同时ε_(s),ε^(B)_(I)控制损伤累积和宏观裂纹成核过程。(4)与前人研究成果对比分析表明,新模型精度高、普适性更强,同时适用于表征中、高应变率冲击条件下煤的塑性软化损伤破坏特征。

修正的Rousselier损伤材料模型：塑性硬化与损伤有相互作用的情况

本文是Ｒｏｕｓｓｅｌｉｅｒ延性损伤材料模型在考虑了材料的塑性硬化与材料损伤间存在相互作用的情况下的一种推广。

混凝土弹塑性硬化模型

通过对混凝土弹塑性硬化规则的描述指出目前诸多研究方法中仍存在不少问题，以经典塑性理论为基础，在应力空间上，将混凝土塑性硬化模型划分为弹全塑性断裂模型和弹塑性硬化断裂模型两种类型，分别在相应的基本假定条件下，给出了混凝土弹塑性硬化模型的一般表达式，从而进一步探索了弹塑性耦合问题。

基于模糊集塑性理论粗粒土硬化本构模型的数值模拟

粗粒料土是土石坝的主要填筑材料,通过建立模糊集塑性硬化模型,采用应力控制算法,编写了相应的计算程序,与常规三轴压缩试验进行相关比对。结果表明:所建立的模糊集塑性硬化模型可以较好的模拟材料在常规三轴压缩试验中的力学特性,并进一步验证所建模糊集塑性硬化模型的正确性与有效性。

考虑硬化和损伤效应的盐岩蠕变本构模型研究

盐岩是储存化石能源和高放射性核废料的理想介质,研究盐岩蠕变力学特性对地下盐岩储库的安全营运具有重要意义。为合理反映盐岩蠕变过程存在的损伤和硬化两种机制,以元件组合模型为基础,结合分数阶微积分理论建立了一种考虑损伤和硬化效应的盐岩蠕变本构模型。该模型采用考虑时效损伤的弹性元件描述盐岩加载初期的损伤变形,采用分数阶村山体描述盐岩衰减蠕变阶段的黏弹塑性蠕变力学行为;通过引入描述盐岩屈服强度随时间强化的硬化函数来反映盐岩硬化机制;采用瞬时塑性元件描述不可恢复的瞬时变形。基于Kachanov蠕变损伤定律与Lemaitre应变等价原理构造了一种带有应变触发的非线性黏壶元件,该元件能够较好描述盐岩加速蠕变阶段的非线性变形特征。基于组合模型理论推导了考虑硬化和损伤效应的盐岩一维、三维蠕变方程;通过分析已有盐岩单、三轴蠕变试验等时应力-应变曲线特征,确定了村山体启动应力阈值;结合等时应力-应变曲线和蠕变试验数据对模型中的参数进行了辨识。结果表明:建立的蠕变本构模型仅用一组参数即能描述不同应力状态下盐岩的蠕变力学特性,可为预测盐岩蠕变变形特征提供一定的理论依据。

考虑硬化条件求解圆形巷道塑性区的应力

本文介绍考虑硬化条件求解圆形巷道塑性区的应力计算方法。

较低和较高围压下煤岩三轴试验及其塑性特征新表述

对煤岩进行了较低和较高多个围压下的常规三轴加卸载试验研究,给出了系统的试验成果。试验表明,较低围压下,卸载路径和加载路径几乎完全重合,煤岩应力-应变特性呈现明显的线弹性特征,并表现出一定的脆性破坏特性;而较高围压下,应力-应变呈现明显的非线性特征,卸载路径不再原路返回,呈明显的塑性变形特征。为了定量刻画煤岩的塑性硬化特性,提出了根据硬化参量的几何意义计算其值的方法,并选择累积塑性应变作为塑性硬化参量,计算了27MPa围压下试验曲线的硬化参量,作为对比还计算了采用直接卸载法计算的该试验曲线的累积塑性应变值。结果发现,随着轴向变形逐渐增加,煤岩的塑性硬化逐渐增长,并且用该方法计算出的塑性硬化参量远大于用直接卸载法计算的结果。由于该方法完全符合路径积分的限制条件,因此,更加合理。

双相钢DP600塑性率相关效应试验及本构模型

考虑汽车在碰撞过程中具有明显的高应变率特性,对双相钢DP600在应变率10-4~103s-1进行拉伸试验,讨论不同应变率下材料塑性特性与应变率之间的关系.基于试验结果,对John-son-Cook模型进行讨论和修正,建立了适用于双相钢材料的塑性特性的本构模型,并给出参数确定方法;通过用户子程序VUMAT与商用软件接口,验证模型的有效性.结果表明,建立的本构模型可以准确地描述材料的塑性率相关特性,能够应用于汽车的碰撞安全数值仿真分析.

描述饱和黏性土应变软化的弹塑性双面模型

常规三轴压缩试验中具有较强结构性的黏性土在围压较低时其应力-应变关系会呈现应变软化现象,一般还伴有塑性变形,通常土体内部结构损伤是应变软化产生的主要原因。考虑到采用经典塑性理论描述材料的应变软化不仅会违背Drucker的稳定性假设,而且也不能描述卸载塑性。因此,基于修正剑桥模型及Li和Meissner提出的塑性硬化准则,建立了一个描述饱和黏性土不排水应变软化的弹塑性双面模型。该模型以应力-应变曲线的峰值点分界,将应变硬化和应变软化分别作为独立的加载事件进行分析,同时引入新的结构性参数表征剪切过程中土体结构损伤导致的塑性刚度衰退。对不同固结状态饱和结构性黏土的三轴固结不排水压缩试验结果的模拟表明,所建模型能够较好地描述饱和黏性土的不排水应变软化特性。

控制吸力循环荷载下非饱和黏性土的弹塑性双面模型

建立非饱和土在动态荷载作用下的本构模型有助于解决相关的工程问题。在塑性增量流动理论框架内,将BBM(Barcelona basic model)模型与笔者提出的塑性硬化准则相结合,考虑控制吸力的循环荷载作用,建立了一个描述非饱和黏性土的弹塑性双面模型。该模型包含一个边界面和一个几何相似的加载面,二者结合记忆中心的概念,共同描述应力路径周期性改变加载方向时非饱和土的非线性、循环塑性和变形累积特性。采用动三轴剪切试验确定了一种非饱和黏质粉土的动态力学特性,分析了吸力、净围压和动应力幅值对循环塑性的影响。模型预测与非饱和土在静、动态加载下的试验结果的对比显示,二者吻合较好,表明所建立的弹塑性双面模型能够模拟非饱和土在控制吸力循环荷载作用下的力学行为。

近代海积软土结构性及弹-塑性模型研究

土的结构性数学模型是 2 1世纪土力学的核心问题。本文分析了近代海积软土的结构性以及其塑性体应变硬化和塑性偏应变硬化的机制 ,建立了弹塑性本构模型 ,模型采用了具有双硬化参数的屈服轨迹及含结构性参数 m的塑性应变方程。

基于ABAQUS的弹塑性本构关系模型开发

根据塑性力学基本公式的谱分解形式,采用回映算法编制用户材料子程序,数值计算结果表明算法有效。

一种用来预测岩石蠕变的流变硬化新模型

在岩石和岩体中，从较低的应力一直到接近强度峰值的高应力，都可能会出现时效变形。大多数类型的岩石，特别是软岩，在相当大的应力范围内，可逆的应变和不可逆的蠕变应变都同时存在。所以，需要一种可同时计算弹性应变和塑性蠕变应变的本构模型。本文采用岩土材料的硬化行为概念，提出了一种新的弹塑性一粘塑性硬化模型。对于短期瞬态变形，该模型具有非线性弹塑性硬化特点。该模型的非线性与当前围压相关，并且其硬化特性服从莫尔．库仑破裂准则。另一方面，对于延迟变形，粘塑性硬化元是用一个摩擦硬化摩尔．库仑滑块和一个黏壶并联而成。粘塑性硬化元被连接到一系列普通的粘弹性开尔文模型中。因此，可以得到长期变形的弹性。粘塑性硬化模型。我们把该模型的方程通过内置的FISH语句植入到数值有限差分代码（FLAC）中，然后应用到如文献所述的一系列的三轴和单轴测试试验中。我们通过对不同应力下瞬态变形和蠕变变形的预测检验了模型的潜在应用性。本文还针对数值结果和样品测试结果作了对比性讨论。