基于幂强化-理想塑性模型的深埋圆形水工衬砌隧洞弹塑性解

为了求解围岩与衬砌相互作用体系下深埋圆形水工衬砌隧洞的应力和位移,首先假定围岩采用幂强化-理想塑性模型,衬砌采用理想弹性模型,然后考虑渗流影响和主应力顺序,推导了施工期和运行期两种工况下深埋圆形水工衬砌隧洞的弹塑性解,最后探讨了围岩与衬砌渗透系数比、幂强化参数、屈服准则三个参数对塑性区半径、切向应力和位移的影响。研究结果表明:围岩与衬砌渗透系数比对施工期切向应力、施工期和运行期塑性区半径影响非常显著;幂强化参数对施工期、运行期的位移和塑性区半径影响比较显著;不同的屈服准则对施工期、运行期塑性区切向应力和塑性区半径影响比较显著。考虑围岩与衬砌的相互作用更接近于工程实际。

考虑渗流影响的幂强化-理想塑性模型圆形隧洞围岩弹塑性新解

合理的强度准则在幂强化-理想塑性模型圆形隧洞围岩弹塑性分析中十分重要。为了得到适合该模型的强度准则,首先对4种常用岩土材料强度准则进行归纳总结,进而得到平面应变统一线性方程;然后考虑渗流影响,推导了幂强化-理想塑性模型圆形隧洞围岩处于塑性区、幂强化区时的应力、位移及塑性区半径的统一解;最后探讨了强度理论效应、幂强化参数和孔隙水压力对圆形隧洞围岩弹塑性分析的影响。研究结果表明:圆形隧洞围岩强度理论效应显著,经与有限元分析对比,应推荐使用Mogi-Coulomb准则、统一强度理论(b=1/2,c=0)准则、统一强度理论(b=1,c=0)准则;其次可使用内接圆DP2准则、等面积圆DP4准则,不建议使用内切圆DP3准则、Mohr-Coulomb准则,谨慎使用外接圆DP1准则、统一强度理论(b=1,c=1)准则;幂强化参数中幂强化系数m值对塑性区半径无影响,而塑性区位移随m值减小而增大,围岩塑性区半径和位移均随幂强化指数n值增大而增大;塑性区半径、径向应力和切向应力峰值均随孔隙水压力增大而增大。研究结果可为应变强化效应较强的圆形隧洞围岩支护设计提供重要的理论依据。

基于幂强化本构模型的轴对称圆巷弹塑性解

轴对称圆巷的弹塑性求解的关键是选择合适的屈服准则。已经有诸多学者选择Mohr-Coulomb准则、Drucker-Prager准则和Hoek-Brown准则等,进行了相应的求解。为了探讨更符合工程实际需要的准则和求解,在考虑岩石材料的应变强化效应的条件下,建立了轴对称圆巷的幂强化本构模型和基于Drucker-Prager屈服准则的幂强化-理想塑性模型,并进行了弹塑性求解。以工程实例为计算条件,将幂强化-理想塑性模型的计算结果与基于Mohr-Coulomb准则、Drucker-Prager准则的理想塑性模型和幂强化模型的计算结果分别进行了对比,分析幂强化参数对围岩弹塑性解的影响。研究表明,应变强化效应对围岩稳定性有较大影响,对于应变强化效应较强的岩石材料,采用幂强化模型分析更接近工程实际。

土与结构间接触面的非线性弹性-理想塑性模型及其应用

将非线性弹性理论与弹塑性理论相结合,对于土与结构间接触面提出了一种非线性弹性-理想塑性模型,用于模拟土与结构相互作用体系的变形与破坏机理。推导建立了这种接触面单元的应力-应变关系和弹塑性系数矩阵,并且讨论了这种模型在基坑开挖与支护分析应用中所面临的数值计算问题。最后针对某一基坑工程实例,应用这种接触面模型进行了数值计算与分析,结果表明,该模型能够较合理地模拟接触面上的变形机理与受力状态。

组合幂强化弹塑性-超弹性球体中的空穴生成

研究了组合幂强化弹塑性 超弹性球体在简单加载作用下空穴的生成问题.这里存在一个临界载荷,当外加载荷小于这个临界值时,不管载荷为何值,问题总有一个响应于均匀变形的平凡解;当载荷超过其临界值时,除了平凡解之外,球体内部还有一个空穴突然生成,因此问题有一个分叉解.得到了空穴半径与外加载荷之间的精确关系;数值结果表明,幂强化弹塑性材料参数对空穴生成有明显的影响.

确定金属-陶瓷复合材料幂强化模型参数的一种方法

推导了横向荷载作用下的四点弯曲幂强化弹塑性梁的挠度计算公式；在此基础上，根据构件试验结果及最小二乘法，确定了幂强化模型σ＝Ａεｎ中的材料参数Ａ、ｎ。从而确定了ＭｇＯ／Ｎｉ系材料弹塑性本构关系。

基于颗粒流模拟的硬岩CWFS模型等效塑性参数优化研究

针对目前粘结强度弱化-摩擦强度强化(CWFS)本构模型中两个关键参数εpc和εpf的确定问题,以杏山铁矿-45 m水平采场区域为例,基于颗粒流理论,建立了片麻岩颗粒非均质几何模型,对片麻岩的三轴压缩试验进行模拟;结合AE声发射与PFC内置Crack数量记录程序的监测结果,对PFC模拟和室内试验的应力-应变曲线规律进行了深入分析,揭示了片麻岩破裂过程中的细观力学特性与强度参数的劣化规律。最后,借助FLAC2D有限差分软件,对εpc和εpf的取值进行了优化和验证,确定优化后的εpc和εpf取值分别为0.015和0.037。经参数优化后的CWFS模型模拟的岩石单轴压缩应力-应变曲线与室内刚性试验曲线比较吻合。研究成果对CWFS模型今后工程应用的推广有一定的参考价值。

工程材料弹塑性应力应变模型分析

研究工程材料的弹塑性应力应变简化模型,主要包括理想弹塑性模型、线性强化弹塑性模 型、幂次强化模型与Ramberg-Osgood模型,以及应变的表示法。

基于幂次强化的海底管道极限承载力

基于幂次强化模型,给出了内压和轴力作用下海底管道极限弯矩承载力计算方法,并给出了极限承载力理想弹塑性模型解析解,编制了海底管道极限承载力计算程序BCP。通过算例,研究了内压和轴力对幂次强化海底管道极限弯矩承载力的影响规律,并与试验结果进行了对比,验证了解析解的合理性,可以为海底管道的结构强度设计和安全评价提供参考。

顾及沉积岩应变强化与扩容效应的围岩弹塑性力学状态理论分析

根据非关联流动法则与中主应力表达式,顾及沉积岩应变强化和扩容效应,推导基于幂强化-理想塑性本构模型和Drucker-Prager屈服准则的应力、位移、塑性区半径的解析解.将文中解、幂强化解、幂强化-理想塑性解进行比较,分析幂强化指数与扩容角对解析解的影响规律.结果表明:幂强化指数对围岩稳定性有较大的影响;扩容程度的变化对围岩应力和位移的影响随着扩容角及原岩应力的增加而增大;当隧洞围岩受到应变强化和扩容效应共同影响时,幂强化指数与扩容角越大,隧洞围岩位移越为敏感,对围岩稳定十分不利.

幂强化板材弯板力矩公式的推导

本文按材料的幂强化模型推导了工程中板材塑性弯卷时弯板力矩的计算公式。用该公式计算了三种不同工况下试验筒体的弯板力矩值,并与实测值进行了比较。比较结果表明,本文所提出的公式比目前工程界采用的由德国、苏联及美国推荐的弯板力矩公式有较高的精度,并具有一定的实用性及通用性。

土与结构间一种新的接触单元模型

将非线性弹性理论与弹塑性理论相结合,对于土与结构间接触面切线方向提出了一种非线性弹性-理想塑性本构模型,用于模拟土与结构相互作用体系中切向变形与破坏机理.该模型将接触带内的变形分为剪切变形与错动变形两部分,对于法线方向采用法向应力与法向相对变形之间的非线性模型.将该模型与有厚度接触面单元相结合,提出了一种用于有限元计算的接触带单元.详细推导了该模型的弹塑性矩阵以及应力修正方法.

深基坑土钉支护的弹塑性数值模拟

深基坑工程是一类典型的变体系施工力学问题,并且常常涉及土体物理非线性和土与支护结构的接触非线性这类双重非线性问题。首先,阐述了基坑工程这类变体系施工力学问题所具有的特点;然后,给出了同时考虑开挖与支护过程以及双重非线性问题的有限元计算方法;最后,通过对某一土钉支护的基坑算例进行数值分析,研究了土钉内部拉应力和钉–土界面上的剪应力分布模式以及开挖过程对这两种应力的影响。计算结果比较理想,从而进一步证明了所发展的计算方法的正确性。

爆炸条件下结构超压-冲量曲线简化计算研究

超压-冲量(P-I)曲线可用于快速评估爆炸荷载作用下建筑结构的毁伤效应。基于单自由度等效体系运动方程和结构变形的理想弹塑性模型,在传统能量法基础上考虑阻尼影响,运用图像法计算阻尼耗能,得到了P-I曲线冲量区和准静态区的渐进线方程,在此基础上通过大量计算,得到了P-I曲线动态区的拟合公式。提出的简化计算公式与运用Newmarkβ法计算结构响应得到的P-I曲线相比较为一致,验证了所提方法的合理性。通过算例表明,随着延性比的增大,P-I图的冲量渐近线和准静态渐近线的值逐渐变小;随着阻尼比的增大,P-I图的冲量渐近线和准静态渐近线的值逐渐变大,且阻尼比对冲量渐近线影响明显。

船板钢焊接接头的断裂失效行为及GTN模型的数值分析

船舶钢结构皆采用焊接方法建造而成,在实际工况及环境载荷作用下,焊接接头的力学性能及其断裂强度,直接影响船舶整体结构的强度和寿命。该文针对常用的船板钢材料(Q345和Q690),首先对母材进行单向拉伸试验,获得其各自的应力-应变曲线,进而评估其断裂性能;基于Gurson-Tvergaard-Needleman(GTN)损伤模型,通过程序代码的调试和一系列的数值模拟分析,提出了母材本构关系的表达函数及最优GTN模型参数,且与实测的应力-应变曲线高度吻合。同时,针对满足焊接规范要求的船板钢对接焊接头,进行了单向拉伸试验获得其应力-应变曲线;考虑焊缝微观缺陷以及焊接残余应力的影响,提出修正GTN损伤模型中的初始空穴体积分数f0和材料的幂函数塑性强化参数,预测焊接接头的断裂强度,且与试验测量数据吻合一致。

桩的损伤与未损伤模式下轴向荷载-沉降关系曲线的比较

选用理想弹塑性模型并假定桩破坏时的状态以及桩土作用损伤变量的函数，文中不仅导出了一组确定桩顶轴向荷载-沉降曲线的解析表达式，分析了桩周和桩底土的影响以及桩承载力与其加载初始刚度间的关系，而且将考虑损伤后的算式与未考虑损伤作了比较，并根据试验数据计算出损伤前后桩的荷载-沉降曲线。

三轴压缩荷载下高温处理后泡沫混凝土力学性能试验研究

为探究围压、高温处理以及加载速率3种因素对泡沫混凝土(FC)三轴压缩性能的影响,针对湿密度为500 kg/m3的FC(FC-500)开展高温后三轴压缩试验。研究结果表明:在低围压作用下,FC-500以剪切破坏为主;随着围压增加,FC-500出现局部压溃现象;在高围压作用下,FC-500主要以压溃破坏为主。FC-500三轴压缩应力-应变曲线在峰前表现为弹塑性特征,峰后表现为屈服平台特征;FC-500三轴压缩强度随着围压、加载速率的增加而增加,随处理温度的升高而减小;采用折减系数法可将FC-500的峰后应力-应变曲线简化为理想弹塑性模型。

岩土工程中一类双重非线性问题的处理方法

针对土体和土体与结构接触面上的双重非线性性质,提出了采用理想弹塑性模型来模拟土体和采用非线性弹性-理想塑性模型来模拟土体与结构接触面相结合的方法,详细叙述了该方法的原理和数值实现方法。编制了面向对象的有限元计算程序,通过对地基极限承载力的计算验证了理想塑性模型的正确性,通过对一个受弹性基础梁作用的弹塑性地基分析验证了本文方法的适用性。计算结果表明,该方法简单实用,有一定的推广应用价值。

钢质整体引伸药筒的吕德斯带解决措施

根据理想弹塑性线性强化模型,通过不同工艺处理后试片的电子拉伸曲线塑性段的分析,探索了钢质整体引伸药筒制造中吕德斯带的形成条件,经采取滚压、喷砂工艺,解决了该问题。

煤矿立井井壁与围土相互作用的实验研究

在自行改造、加工的高应力单剪仪试验系统上对饱和砾砂、粗砂、中砂、细砂同混凝土界面的剪切特性进行了一系列试验研究.通过对试验数据的分析发现,高应力下界面的本构关系可以采用非线性弹性-理想塑性模型,非线性弹性阶段与双曲线模型较一致,界面的强度准则符合无粘聚力的库仑公式,在此基础上导出了界面单元的弹塑性矩阵.对包括弹性和塑性2个变形阶段的情况,采用初应力法得到了修正的弹塑性矩阵.