The Propagation of Longitudinal Wave in Rate-dependent Plastic Softening Material

Transient longitudinal waves in a strain-softening rod has been investigated. For rate-dependent materials, the governing equations are proved to be hyperbolic, thereby indicating that the stress waves in softening state still propagate along the rod. A transient solution for a semi-infinite rod subjected to an axial impact has been obtained, which shows that there exists a finite softening region in the rod and it travels along the rod. It is indicated that the length of the softening region and the plastic wave speed are pertinent to the rate sensitivity as well as to the softening character of materials.

关联Drucker-Prager条件下等效塑性应变系数

针对岩石类材料,试图在关联Drucker-Prager条件下建立更一般化的等效塑性应变定义方法,并研究等效塑性应变系数在塑性变形过程中的变化。首先列举了国内外常用的等效塑性应变定义方法,并分析了它们的不合理性。然后从等效应力和等效塑性应变的定义出发,推导出关联Drucker-Prager条件下等效塑性应变系数。结合室内致密砂岩三轴压缩试验,以塑性体应变为内变量,研究了致密砂岩峰后内摩擦角和粘聚力随内变量的变化,进而研究了等效塑性应变系数随塑性变形的变化。研究发现:等效塑性应变系数依赖于屈服准则的选取,等效塑性应变系数为(2/3)^(1/2)是Mises屈服准则下的特例;关联Drucker-Prager条件下等效塑性应变系数C<(2/3)^(1/2),并且随着塑性变形的发展而减小最终趋于稳定值;对于岩石类材料,很多有限元软件中不区分具体情况而直接选用C=(2/3)^(1/2)计算等效塑性应变存在较大的误差。

深埋隧道应变软化弹塑性解的强度准则效应

为了探究强度准则效应对应变软化隧道围岩稳定性的影响,总结隧道围岩分析中常用强度准则表达式,归纳出常用强度准则的统一方程,并结合应变软化模型与非关联流动法则,推导出隧道围岩应力场、塑性区范围及位移的计算方法。研究结果表明:应变软化隧道围岩的强度准则效应显著,内角点外接圆DP(Drucker−Prager)准则、内切圆DP准则、等面积圆DP准则、匹配圆DP准则及Mohr−Coulomb准则对应的结果普遍偏于保守;统一强度理论(b=1)与外角点外接圆DP准则所得结果相对偏于危险;不考虑岩体剪胀特性时会导致所得结果偏于危险。工程应用中,建议优先采用Mogi−Coulomb准则或统一强度理论(b=1/2),并合理考虑围岩剪胀特性,以更好地揭示围岩稳定性问题。

单轴拉伸岩样破坏过程及尺寸效应数值模拟

由于从实验及理论角度研究岩样单轴拉伸条件下的破坏全过程及尺寸效应难度都很大。因此采用拉格朗日元法来研究这些问题。在峰值强度之前后,岩石材料的本构模型分别取为线弹性及拉破坏线性应变软化模型。为了使拉伸塑性区不出现在试样的端部,在试样的两侧面中部预制了2个凹槽。数值模拟结果表明,全程拉应力-拉应变曲线分为峰前和峰后阶段。在接近峰值的峰前阶段,由于两凹槽附近具有明显的拉应力集中现象,拉伸塑性区最先出现在两凹槽附近。随着轴向拉应变的增加,发生拉伸破坏的单元的数目增加,新发生拉伸破坏的单元越来越接近试样的中心,直到两块拉伸塑性区在应变软化阶段贯通。两凹槽连线上各单元拉应力的分布呈现3个阶段,"澡盆型"("U 型")阶段,"双峰型"("M 型")阶段及"单峰型"("П型")阶段。"澡盆型"阶段对应于全程拉应力-拉应变曲线的弹性阶段。"双峰型"阶段及"单峰型"阶段对应于全程拉应力-拉应变曲线的非弹性阶段(包括峰值强度之前的一小段,即应变硬化阶段及峰后的应变软化阶段)。增加试样高度及降低试样宽度,拉应力-拉应变曲线的软化段变得越来越陡峭,因而试样越容易发生失稳破坏。由于试样宽度较大时,试样内部的单元并非处于单向拉应力状态,因此,增加试样宽度,全程拉应力-拉应变曲线的峰值强度增加。当试样宽度较小时,从出现塑性区,到塑性区贯通所需要的时间步较小,或应变范围较窄。这说明试样的脆性较强,前兆不明显。前兆不明显的脆性破坏对应常见的是洞室岩爆、冲击地压及地震等灾害。

爆炸荷载下粘钢加固混凝土结构局部破坏机理

将介质视为流体弹塑性体系,采用一维弹塑性应变波理论分析钢板防震塌破坏机理,圆满地解释了有无钢板加固混凝土在爆炸荷载下的实验现象;并提出确定钢板厚度的计算方法,与实验结果吻合较好。

水下非接触爆炸加载下圆板塑性变形计算模型及影响因素研究

基于能量法提出了一种在水下非接触爆炸中可考虑入射冲击波多次加载效应和材料应变率效应的圆板塑性变形的计算模型。将模型计算结果与文献中的试验及仿真数据进行对比分析,探讨入射冲击波多次加载效应、材料应变率效应对圆板塑性变形的影响。研究结果表明:(1)对于水下非接触爆炸加载,仅考虑入射冲击波初次加载作用会严重低估塑性变形值,其结果与试验及数值模拟数据的平均偏差高达-51.73%;考虑入射冲击波二次加载效应后平均偏差降低为-19.80%,二次加载效应在毁伤评估中不容忽视;(2)不能仅考虑入射冲击波能对结构的加载变形,在加载变形中气泡能的贡献不可忽略;(3)材料应变率效应对模型计算结果影响较大。不考虑材料应变率效应虽然可显著降低模型计算结果与文献中试验及仿真数据的偏差,但是这样做不符合材料对强冲击响应的特性,不建议在毁伤评估中使用。

孪生诱发软化与强化效应的Cu晶体塑性行为模拟

基于晶体塑性理论,考虑孪生软化效应建立了描述孪晶形核、增殖和长大的位错密度基晶体塑性有限元模型。应用该模型揭示了不同晶体取向Cu单晶拉伸变形过程中位错滑移、孪生激活及其交互作用下的宏观塑性行为演化规律,进一步分析了Cu多晶拉伸变形过程中晶粒间交互作用对孪生软化、应变硬化等宏观塑性行为的影响。结果表明:孪生具有明显的取向效应,在孪生主导塑性条件下,Cu单晶塑性变形过程中孪晶增殖导致应力-应变曲线存在明显的应力突降现象,其塑性变形分为滑移、孪生及位错与孪晶交互作用3个阶段;此外,随着饱和孪晶体积分数增加,Cu单晶塑性变形过程中第3阶段的应变硬化率也随之提升。进一步模拟Cu多晶拉伸变形的塑性行为可知,在晶粒间交互作用下孪晶形核、增殖和长大过程中不会出现应力突降现象,与Cu单晶相比整个塑性变形过程具有更高的应变硬化率;Cu多晶塑性变形过程中位错密度在晶界处出现集中现象,孪晶也容易在晶界处形成。