Von Mises屈服准则雅可比矩阵的显式表达及收敛性分析

增量塑性理论中,雅可比矩阵是描述材料应力增量-应变增量关系的矩阵,是有限元程序编译的重点。现有商用有限元软件常采用隐式表达形式编译,因变量与自变量之间的函数关系体现不直观。本文基于弹塑性力学理论,推导了Von Mises屈服准则雅可比矩阵的显式表达。采用Fortran计算机语言编写了UMAT子程序与ABAQUS软件联立求解。通过实例与隐式表达的计算对比,显式表达的计算精度与隐式表达一致,计算收敛性较好。由弹塑性雅可比矩阵的一般形式推导出的Von Mises屈服准则的显式表达雅可比矩阵,力学概念清晰,也便于程序编译。

论Mises屈服准则中β值的变化规律

此文采用准确的Mises屈服准则,分析了受内压厚壁圆筒塑性变形时的应力,获得了准确解,并与采用近似屈服准则时的主应力解法得到的近似解作了比较,最后得出了Mises屈服准则中β值沿厚壁简径向的变化规律,并对β值给出了更确切的定义。

用Mises屈服准则对矩形底球扁壳进行极限分析

文章导出了基于Mises屈服准则建立起来的薄壳极限条件，并且用此极限条件用静力法和机动法求解了简支方形底在均布荷载下的双曲球扁壳的极限荷载。

Mises屈服准则及其在钻探工具强度设计中的应用

在地质钻探工具设计和使用过程中,需要用到强度理论或屈服准则对遇到的钻采设备、工具失效等问题进行分析。为帮助人们对Mises屈服准则(应力)的理解,从理论上阐述了Mises屈服准则与畸变能密度理论的关系,其实质就是第四强度理论。在弹塑性范围内,Mises屈服准则统一了单向拉压状态的第一强度理论、复杂应力状态的第三强度理论和第四强度理论。Mises屈服准则在有限元数值分析中获得了更为广泛的应用。

基于Mises屈服准则和I_(1)断裂准则的焊接接头力学特性分析

在全面考虑焊接残余应力、加载应力和氢致应力的情况下推导了Mises等效应力σ和应力第一不变量I_(1)的一般表达式;理论分析了残余应力和氢致应力对屈服行为的影响,推导了单向应力状态下的表观屈服应力[σ_(s)]的表达式;理论分析了残余应力和氢致应力对断裂行为的影响,推导了单向应力状态下的表观断裂应力[I_(b)]的表达式和表观屈服时的应力第一不变量特征值I_(1)^(s)的表达式。

塑性屈服准则在岩土工程中的应用分析

分别对几种经典的塑性强度理论在岩土工程中的应用进行了探讨,提出了其在实际工程中的适用性;并简要介绍了在此基础上发展起来的其它屈服理论。

GM屈服准则求解锻压矩形坯

利用一种新的屈服准则求解锻压矩形坯,这种屈服准则是在π平面上取Tresca与双剪应力屈服轨迹间误差三角形的几何中线确定的屈服轨迹,从而建立了该轨迹在Haigh Westergaard应力空间上的应力方程,称此方程为几何中线屈服准则,或简称GM屈服准则。通过锻压实验,将GM屈服准则的解析解与Mises屈服准则的结果进行了比较,发现二者基本一致,并且GM屈服准则计算得到的压力与实测值误差仅为1.25%。

广义双τ^2屈服准则

建立了金属材料的广义双τ2 屈服准则 ,讨论了准则的屈服线形状 ,通过误差分析 ,给出一种能较好代替Mises准则的加权双τ2 屈服准则 .

钢梁柱节点域屈服后受力性能的有限元分析

钢梁柱节点域在达到屈服强度之后,还可以承受相当的剪力。其屈服后抗剪强度的提高取决于节点域周边柱翼缘、横向加劲肋对板域的约束程度。柱翼缘以及横向加劲肋的厚度宽度的变化都会对节点域的受力性能发生影响。本文利用大型通用有限元软件ANSYS8.0,主要针对在单调加载作用下,讨论以上四个参数的变化对节点域各受力性能产生的影响。

重复射孔套管抗外挤强度分析

随着射孔技术和射孔工艺的进步,射孔穿深不断增加,应用原射孔技术无法获得工业油气流的储层可通过重复射孔获得再生。为了解重复射孔套管抗外挤强度安全性,为生产过程中套管安全控制提供关键参数,以常用51/2in×9.17mm的P110套管为例,采用16孔/m、90°相位角、10mm孔径射孔,应用ANSYS分析软件建立重复射孔套管有限元模型,用强化的Mises屈服准则为套管模型分配材料属性,应用映射法划分网格,在射孔边缘10倍细化网格,并进行了网格无关性测试。考虑重复射孔孔眼和原射孔孔眼沿轴向、沿螺旋线、沿周向相切3种不利分布,分析外压作用下重复射孔套管的抗外挤剩余强度。结果表明,3种不利分布重复射孔套管强度平均降低约11.43%,重复射孔孔眼和原射孔孔眼环向相切为最不利分布,强度降低16.35%;孔眼轴向两端应力明显大于孔眼环向两端应力。

钢制灌浆套筒连接性能试验研究

为了降低套筒成本,方便现场施工,在前期试验的基础上,设计制作了一组小型化钢制套筒,完成了31个小型化套筒灌浆连接件的拉拔试验,并基于Mises屈服准则对筒壁应力的实测值与计算值进行了对比.结果表明:当钢筋锚固长度为1.0la(la为套筒灌浆钢筋计算锚固长度)时,除一个试件滑丝外,18个试件均为接头外钢筋拉断破坏,且抗拉强度均大于连接钢筋抗拉强度标准值;当钢筋锚固长度为0.6la时,除一个试件钢筋拉断外,11个试件均为钢筋拔出破坏,且残余承载力约为试件极限承载力的1/2;筒壁应力的实测值与计算值吻合较好,建立的筒壁应力计算式可以为灌浆套筒设计提供参考.

进路充填法爆破扰动诱发充填体破坏规律研究

针对焦家金矿进路充填法爆破扰动诱发充填体破坏严重的问题,基于Mises屈服准则确定充填体破坏阈值,采用LS-DYNA软件对炮孔距充填体距离、充填体养护龄期与充填体破坏范围之间的关系进行了数值模拟研究。结果表明:充填体的破坏范围与炮孔距充填体距离(孔边距)呈线性关系,随着孔边距的增加,充填体的破坏范围逐渐减小;充填体的破坏范围与其养护龄期密切相关,随着养护龄期的增加,充填体的破坏范围逐渐减小,且超过7d养护龄期后,充填体的破坏范围受爆破扰动影响明显减弱。该研究成果为现场爆破参数优化和回采时间的确定提供了理论依据。

爆破荷载下岩质边坡裂隙区范围测试方法

为提高露天矿山爆破过程中的安全性,提出一种基于预埋测试棒确定岩石爆破裂隙区范围的方法;基于爆炸应力波通过结构面传播理论及现有爆破裂隙区范围研究成果,确定测试棒材料的选取方法,并给出制作步骤和测试流程;开展现场爆破测试,根据爆破后测试棒的断裂范围获取爆破裂隙区的范围,并分别采用理论解析方法、数值分析和现场振动速度监测等方法验证爆破试验测试结果。结果表明:采用预埋测试棒的方法获取岩石爆破裂隙区范围,理论上可行;10 kg药量爆破荷载作用下,岩质边坡裂隙区最大水平半径为2.95 m;3种方法与现场试验测试所得结果相对误差分别小于24.8%、18%和4%。

界面滑移的钢管混凝土力学特性试验研究

界面光滑的钢管混凝土 (CFT)与传统CFT加载方式的区别 ,是沿轴心受力界面滑移的CFT荷载直接加在核心混凝土上 ,钢管只对核心混凝土起到约束作用 ,而不承受任何纵向力 .由于优化了加载方式 ,使得界面滑移的CFT较传统结构的屈服延迟 .分析及试验表明 ,在轴心受压时 ,CFT构件较传统构件有更显著的承载力 ,且界面滑移的CFT将会给约束混凝土带来新的理念和分析方法 .

钢管约束混凝土轴压短柱承载力的研究

传统钢管混凝土是将混凝土直接灌入钢管,然后全截面承压,使得混凝土处于三向受力状态;但这种结构形式及加载方式就决定其并没有最大发挥钢管的高抗拉性能及混凝土的高抗压特性。对此,笔者提出一种钢管约束混凝土受力体系,理论分析证明该体系较传统构件有着更大的承载力。

管节点弹塑性大挠度有限元分析

文中根据VonMises屈服准则及Prandtl-Reuss增量关系 ,推导出了理想弹塑性材料、四节点板壳单元的增量本构关系 ,根据上述理论和利用有限元程序ANSYS实现了对管节点的弹塑性大挠度分析 ,并对三个管相贯节点作了弹塑性大挠度的全过程分析。

Zr基块体非晶合金屈服行为及屈服准则研究

为了明确块体非晶合金屈服行为与屈服准则的关系,对非晶合金屈服强度间相互关系以及试验中拉伸和压缩断裂面与最大剪应力作用的45°倾斜面的偏离角度进行分析,应用滑移线间断场理论和Mises屈服条件计算出拉伸颈缩断裂面与载荷轴夹角和块体非晶合金实验结果的一致性,利用Coulomb屈服条件计算出的单轴压缩断裂面倾斜角与实验结果相吻合,确定块体非晶合金在不同应力状态下遵循不同的屈服准则:在拉伸条件下该块体非晶合金遵循Mises屈服准则;在压缩条件下遵循Coulomb屈服准则。

矩形板在双向压力与剪切力复合加载下的塑性屈曲

依据Prandtl-Reuss增量理论和Mises屈服准则,推导出完整的复合加载平板的塑性分支屈曲微分方程。应用特征值分解技术,计算了双向压力与剪力复合加载铰支矩形板在塑性流动区和应变强化区的稳定参数,绘制了相应的塑性分支应力曲线。计算结果和理论分析有较好的相关性。

加筋旋转薄壳的非线性屈曲分析

本文基于能量准则求解均布外压下加筋旋转薄壳的非线性屈曲问题,采用半解析半离散的方法导出了壳体的非线性屈曲方程和计算格式,其中物理非线性采用塑性形变理论和Mises屈服准则。考虑到壳体沿经线方向进入塑性的程度不同,采用经向分段的方法对壳体进行离散,使导出的方法具有有限元法的优点。数值分析和试验结果表明,所导出的方法具有较好的精度,计算过程也比较简单方便。

分级循环加卸载作用下煤岩损伤本构模型研究

以煤岩为研究对象,通过分级循环加卸载试验研究煤岩损伤力学特性;应用Weibull统计分布函数,并引进损伤变量D,基于煤岩微元体强度符合Mises屈服准则,建立了适用于煤岩加卸载阶段的损伤本构模型;根据试验数据,采取非线性拟合的方法确定各循环等级的模型参数值,分析了模型参数的物理意义。研究结果表明:基于Mises屈服准则建立的损伤本构模型能够准确反映煤岩分级循环加卸载下的应力-应变关系;随着加卸载等级的提高,残余应变逐渐积累,弹性模量先增大后减小,滞回环形状表现为"胖"-"瘦"-"胖"的特点;本构模型参数具有明确的物理意义。