弹塑性模型

摘要： 国内沥青路面设计方法中,只考虑了轮载的垂直力的作用,对水平荷载作用的考虑较少。而实际情况下,水平荷载作用是路面表面发生病害的重要原因之一。本文基于弹塑性力学基本知识,利用三维有限元方法,分别采用弹性模型和弹塑性模型,计算了垂直荷载作用以及水平荷载作用下的沥青路面结构的力学响应,对比分析了水平荷载对路面力学响应的影响。结果表明,水平荷载对路面沥青层拉应变、剪应力分布有较大影响,采用弹塑性模型比弹性模型计算得到的应变值更大。通过本文研究,我们有效地认识了路面材料弹塑性的性质,为相关深入的研究奠定了理论上的基础,本文的研究成果也对路面结构力学响应分析的相关研究有一定的指导和借鉴意义。

摘要： 为实现长期形变风险预测,设计一种水利水电工程边坡形变风险预测方法。通过地基雷达干涉测量技术获取边坡形变数据。处理雷达数据后,对边坡地质三维模型实施网格划分,构建边坡数值模拟计算模型。结合BP神经网络和GVD模型创建RGVNN模型,实现形变风险预测。对设计方法实施案例应用测试。测试结果表明:该方法不仅能够实现短期风险预测,还可以实现长期风险预测,说明该方法能够满足设计要求。

摘要： 天然土的组构具有各向异性,对其力学特性影响显著。随着实验和数值模拟技术的进步,对土的组构各向异性及其演化规律的认识也逐渐深入。本文介绍了近年来各向异性砂土和黏土本构模型的发展,分析了基于弹塑性和亚塑性理论框架建立的土体本构模型的特点,总结了当前模拟各向异性砂土和黏土所面临的挑战,对进一步开发模拟更准确、物理意义更明确、更具普适性的本构模型进行了展望。

摘要： 利用岩石全自动伺服试验仪对重庆蟠龙抽水蓄能电站硐室围岩的砂岩试样开展了不同围压下的常规三轴压缩试验,进而构建了包含统一硬化/软化函数的弹塑性本构模型并进行了验证。试验结果表明,随着围压的增大,由原生缺陷闭合引起的初始非线性变形阶段逐渐减小,试样破坏时的峰值强度随围压增大而增大,由单轴压缩时的84.8 MPa增大到围压10 MPa时的168.5 MPa;峰值强度和围压之间呈现较好的线性关系,黏聚力和内摩擦角分别为15.2 MPa和52°。数值模拟与试验数据的比较表明,提出的弹塑性本构模型能够描述砂岩的主要力学现象,验证了该模型的可靠性。

摘要： 刀盘作为复合型盾构机的核心部件,其性能对盾构机的工作效率起着决定性的作用。盾构机掘进工作过程中会遇到地质情况差异较大、地层变化复杂等工况,导致盾构机刀盘发生堵转甚至损坏。为了明确不同堵转情况下刀盘的受力状况,文章采用受力平衡的方程推导出了土体对刀盘正压力的计算公式,并以1/3堵转工况为例,基于数值模拟软件分别利用线弹性模型和弹塑性模型对刀盘本体、刀盘整体(含传力环)进行受力分析。结果表明:采用弹塑性模型时,刀盘本体最大位移为572.66mm,最大应力为526MPa,而刀盘整体最大位移为38.923mm,最大应力为345MPa。与刀盘本体模型相比,利用弹塑性模型对含传力环的整体模型进行分析,能够更准确地揭示刀盘的受力情况。

摘要： 为描述非饱和黏性土在静、动态荷载作用下的应力-应变特征及水-力耦合效应,在塑性增量流动理论的框架内建立一个描述常吸力条件下非饱和黏性土水-力耦合效应的弹塑性双面模型.基于BBM(Barcelona basic model)及Li和Meissner提出的一种塑性硬化准则,并考虑非饱和土的典型土水特征,通过边界面和加载面在应力空间中的演化表征非饱和土在循环荷载作用下的应力-应变特征及水-力耦合效应.考虑不同初始饱和度、初始孔隙比、吸力、净围压和动应力幅值等因素影响,采用相关研究者室内各向等压和静、动态三轴试验结果对所建模型进行验证,模拟结果与试验数据的对比显示模型具有良好的模拟能力.此外,为检验模型的合理性,在室内试验的基础上采用该模型预测非饱和土在循环荷载下的一些典型水-力耦合行为.结果表明,模型能够较好地模拟和预测非饱和黏性土在常吸力静态和循环动态加载作用下的水-力耦合特性.

摘要： 基于邓肯张弹塑性本构模型原理,建立某高边坡数值模型,利用有限元软件ANSYS计算大坝边坡应力变形,根据应力场求得安全监测点的安全系数,进而评价了该边坡的安全稳定性.

摘要： 土的弹塑性模型在《高等土力学》的教学中具有理论深奥抽象、知识晦涩难懂、计算公式复杂等特点,是土的本构关系重要的模型之一.为把抽象难懂的弹塑性模型知识直观形象地展现出来帮助学生们理解,用图形法与Excel表格法进行了授课尝试,同时运用Excel便捷的计算绘图功能计算不同应力路径下土的应力-应变关系,以此提高课堂效率,丰富课堂内容,取得了比较理想的教学效果.

摘要： 含水合物地层钻井引发井壁周边温度场和渗流压力场变化可能导致水合物分解,使地层力学性能急剧劣化,对井壁稳定产生不利影响.采用解析的方法,基于Mohr-Coulomb 准则、理想弹塑性模型以及非关联的流动法则,针对含水合物地层井壁稳定问题建立了稳态轴对称平面应变模型,得到了欠压和过压钻井两种情况下井周应力及位移解答,与相同假定下有限元和复杂模型数值结果吻合很好,验证了解析模型的正确性和适用性.分析了钻井液压力、分解域范围、水合物分解引起储层的刚度及强度劣化程度对井壁稳定的影响.结果 表明,钻井液压力变化对环向应力及径向位移产生较大影响,井壁进入塑性阶段后位移明显增大;水合物分解范围的增大会引起塑性区先急剧扩展,后扩展速度降低;粘聚力的劣化程度与塑性区范围近似线性关系;弹性模量的劣化在欠压钻井时将引起塑性区范围减小,在过压钻井时则引起塑性区范围增大.

摘要： 本文参考实验结果,通过柱端塑性铰机制与框架水平变形机制的对应关系,对单层RC框架进行了参数提取,建立了等效单自由度弹塑性模型,首先用Bouc-Wen模型模拟防屈曲支撑(BRB),在Simulink中进行仿真模拟,与实验结果对比验证弹塑性模型的可靠性;然后应用割线刚度和耗能等效原理进一步对BRB进行等效线性化设计,设计加固上述RC框架的合理BRB参数.等效线性化过程中通过R-m-T关系调整变刚度和变周期的地震需求和地震力幅值.

摘要： 颗粒破碎对颗粒材料宏观力学行为有重要影响.结合Hardin的破碎经验公式,将表征破碎程度的破碎参量与Cosserat连续体的内部长度参数相关联,形成一个基于Cosserat连续体且能考虑颗粒破碎的弹塑性模型.数值算例主要考察了颗粒破碎对颗粒材料承载能力、塑性应变及局部化行为的影响,数值结果表明,颗粒破碎主要发生在剪切带内,颗粒破碎使得剪切带明显变窄且剪切带内外等效塑性应变梯度明显增大.

摘要： 在OpenSees中实现了一种最近研究的新型防屈曲支撑结构(BRBs)的弹塑性本构模型的隐式算法,并基于直接微分法(Direct Differentiation Method,简称DDM),推导实现其响应的参数敏感性分析算法.此模型能够很好地预测BRBs的实验结果.同时,根据敏感性计算结果能够分析BRB本构参数对结构响应的影响和相对重要性,分析结果可用于基于梯度计算的结构优化、结构可靠性和模型修正中.选取一个配置BRBs的4层钢框架进行实例研究,用DDM计算结果与有限差分法(Finite Difference Method,简称FDM)计算结果进行对比,以验证DDM敏感性分析算法的正确性、精度和效率,并分析了BRB模型参数对全局和局部响应的影响.此外,响应敏感性分析结果还用于有限元模型修正中,以验证BRB模型敏感性分析结果对于提高优化算法效率的作用.

摘要： 本文在线性硬化弹塑性模型的Ⅰ型平面应力条件下，利用Eshelby等效夹杂理论，考虑了塑性区与区外K场控制的弹性区的相互作用，通过迭代的数值分析方法，推导了修正后裂纹尖端塑性区域的形状和尺寸。结果表明:对于一种特定材料，即恒定n，裂纹尖端塑性区域随迭代次数出现振荡变化，最后趋于稳定。稳定的塑性区域比初始的塑性区域要小。表明塑性区域受到区外K场控制的弹性区的约束。塑性区域随着n增大，即材料硬化模量减小，达到稳定的塑性区域的所需迭代次数越多，稳定时的塑性区域越小。从界面角度看，表明材料硬线模量减小，即弹性模量差距越大，两相越难匹配，相互作用越大，经过更多次迭代才能达到稳定的较小的塑性区域。

摘要： 在距离海堤较近的海中取淤会引起海堤较大的变形。针对某围海造地工程，选择常规的斜坡堤进行分析。采用理想弹塑性模型，改变取淤位置与堤脚的距离进行计算。结果表明如果以10mm为控制标准，取淤距离保持300m是比较合适的。放松对位移的要求，取淤距离可以更近一些。

摘要： 页岩气井分段压裂后环空带压比例高,实践表明分段压裂易导致水泥环密封失效、进而引发环空带压.基于水泥石的高温单三轴压缩试验及三轴循环加卸载试验结果,量化了多级压裂过程中套管内压力变化对水泥环造成的塑性损伤累积,建立了符合压裂过程的套管-水泥环-地层组合体有限元计算模型,计算了多级压裂过程中水泥环力学变化及分布.试验研究表明:(1)在高温三轴条件下(95°C、围压15MPa),水泥石具有较高的强度,极强的抵抗变形性能,受压产生宏观裂缝的可能性极小.(2)水泥石三轴循环加卸载试验表明,随着循环加卸载次数的增加,水泥石的累积塑性应变不断增大,卸载弹性模量逐渐降低,水泥石的弹性性能逐渐衰退.数值分析结果表明:循环载荷导致水泥环第一界面处塑性损伤区域范围不断扩大,损伤程度增强,容易引发水泥环、套管变形不协调,导致水泥环胶结失效,同时也易引发压缩破坏,大大增加了界面气窜的可能性,是诱发环空密封失效的重要原因之一.研究结果对于指导页岩气井固井设计施工具有重要的理论和工程价值.

摘要： 页岩气井分段压裂后环空带压比例高,实践表明分段压裂易导致水泥环密封失效、进而引发环空带压.基于水泥石的高温单三轴压缩试验及三轴循环加卸载试验结果,量化了多级压裂过程中套管内压力变化对水泥环造成的塑性损伤累积,建立了符合压裂过程的套管-水泥环-地层组合体有限元计算模型,计算了多级压裂过程中水泥环力学变化及分布.试验研究表明:(1)在高温三轴条件下(95°C、围压15MPa),水泥石具有较高的强度,极强的抵抗变形性能,受压产生宏观裂缝的可能性极小.(2)水泥石三轴循环加卸载试验表明,随着循环加卸载次数的增加,水泥石的累积塑性应变不断增大,卸载弹性模量逐渐降低,水泥石的弹性性能逐渐衰退.数值分析结果表明:循环载荷导致水泥环第一界面处塑性损伤区域范围不断扩大,损伤程度增强,容易引发水泥环、套管变形不协调,导致水泥环胶结失效,同时也易引发压缩破坏,大大增加了界面气窜的可能性,是诱发环空密封失效的重要原因之一.研究结果对于指导页岩气井固井设计施工具有重要的理论和工程价值.

摘要： 页岩气井分段压裂后环空带压比例高,实践表明分段压裂易导致水泥环密封失效、进而引发环空带压.基于水泥石的高温单三轴压缩试验及三轴循环加卸载试验结果,量化了多级压裂过程中套管内压力变化对水泥环造成的塑性损伤累积,建立了符合压裂过程的套管-水泥环-地层组合体有限元计算模型,计算了多级压裂过程中水泥环力学变化及分布.试验研究表明:(1)在高温三轴条件下(95°C、围压15MPa),水泥石具有较高的强度,极强的抵抗变形性能,受压产生宏观裂缝的可能性极小.(2)水泥石三轴循环加卸载试验表明,随着循环加卸载次数的增加,水泥石的累积塑性应变不断增大,卸载弹性模量逐渐降低,水泥石的弹性性能逐渐衰退.数值分析结果表明:循环载荷导致水泥环第一界面处塑性损伤区域范围不断扩大,损伤程度增强,容易引发水泥环、套管变形不协调,导致水泥环胶结失效,同时也易引发压缩破坏,大大增加了界面气窜的可能性,是诱发环空密封失效的重要原因之一.研究结果对于指导页岩气井固井设计施工具有重要的理论和工程价值.

摘要： 页岩气井分段压裂后环空带压比例高,实践表明分段压裂易导致水泥环密封失效、进而引发环空带压.基于水泥石的高温单三轴压缩试验及三轴循环加卸载试验结果,量化了多级压裂过程中套管内压力变化对水泥环造成的塑性损伤累积,建立了符合压裂过程的套管-水泥环-地层组合体有限元计算模型,计算了多级压裂过程中水泥环力学变化及分布.试验研究表明:(1)在高温三轴条件下(95°C、围压15MPa),水泥石具有较高的强度,极强的抵抗变形性能,受压产生宏观裂缝的可能性极小.(2)水泥石三轴循环加卸载试验表明,随着循环加卸载次数的增加,水泥石的累积塑性应变不断增大,卸载弹性模量逐渐降低,水泥石的弹性性能逐渐衰退.数值分析结果表明:循环载荷导致水泥环第一界面处塑性损伤区域范围不断扩大,损伤程度增强,容易引发水泥环、套管变形不协调,导致水泥环胶结失效,同时也易引发压缩破坏,大大增加了界面气窜的可能性,是诱发环空密封失效的重要原因之一.研究结果对于指导页岩气井固井设计施工具有重要的理论和工程价值.

摘要： 本发明公开了一种考虑复合材料弹塑性与损伤耦合的弹塑性损伤有限元算法，属于复合材料力学性能有限元分析领域；以基于后退欧拉积分法则及牛顿迭代求解复合材料弹塑性损伤的模型为基础，通过在初始求解试用应力以及塑性屈服迭代中求解弹性应力时均考虑前一增量步中损伤状态量对当前应力的软化影响，从而在弹塑性求解过程中考虑损伤退化作用，更真实地反映树脂基复合材料在复杂加载条件下塑性行为与损伤之间的相互作用关系。本发明可有效地描述树脂基复合材料弹塑性与损伤的耦合作用关系，可应用于有限元软件中复合材料弹塑性损伤本构模型的开发、新型树脂基复合材料力学性能研究以及相关的复合材料工程结构精细化建模分析等科研及工程技术领域。

摘要： 本发明公开了一种结构动力弹塑性分析纤维模型的快速转换方法，其特点是采用三种参数化文本模型的对接，将结构专业设计软件模型转换为通用有限元软件模型，具体转换包括：转换形成APDL参数化文本、生成K模型文本、调整K模型文本、检查K模型质量与周期、增加地震动和采用Ls‑dyna求解器进行动力弹塑性分析等步骤。本发明与现有技术相比具有将应用普遍的专业结构分析软件Midas/Gen的模型，快速转换为通用有限元软件Ls‑dyna的纤维模型，以便进行结构大震动力弹塑性分析，有效保证了转换模型与原模型的准确性，尤其适合采用编程进行开发，进一步提升转换效率。

摘要： 本发明公开了一种结构动力弹塑性分析纤维模型的转换系统，其特点是采用MGT文本信息读取模块与依次串接的APDL文本转换模块、K模型生成模块、文本调整模块和模态分析模块组成的转换系统，将结构专业设计软件模型转换为通用有限元软件模型，具体转换包括：转换形成APDL参数化文本、生成K模型文本、调整K模型文本、检查K模型质量与周期、增加地震动和采用Ls‑dyna求解器进行动力弹塑性分析等步骤。本发明与现有技术相比具有将应用普遍的专业结构分析软件Midas/Gen的模型，快速转换为通用有限元软件Ls‑dyna的纤维模型，以便进行结构大震动力弹塑性分析，有效保证了转换模型与原模型的准确性，尤其适合采用编程进行开发，进一步提升转换效率。

摘要： 本发明公开了一种考虑PVA纤维含量的水泥基复合材料弹塑性本构模型及其建立方法，以应变硬化水泥基复合材料的单轴拉伸、压缩试验数据和试验现象为基础，考虑纤维含量对应力‑应变关系关键点的影响，参考经典的应变硬化水泥基复合材料应力‑应变本构模型，采用数学分析与数据拟合的方法，建立考虑PVA纤维含量的水泥基复合材料弹塑性本构模型。本发明提供的水泥基复合材料弹塑性本构模型的建立过程科学严谨，能够准确描述PVA纤维含量对水泥基复合材料本构的影响。另外，本发明提供的水泥基复合材料弹塑性本构模型简洁、直观，方便用于应变硬化水泥基复合材料结构的设计、有限元计算等方面，具有十分广阔的应用前景。

摘要： 本发明提供一种考虑纤维滑移的钢纤维混凝土弹塑性本构模型，其特征在于，所述模型为：本发明运用复合材料混合理论，基于热力学耗散不等式，分别得到钢纤维和基体混凝土本构方程。基体混凝土为弹塑性本构模型，钢纤维为考虑纤维界面滑移的一维弹性本构模型。基体混凝土塑性采用Hsieh‑Ting‑Chen四参数屈服准则和Drucker‑Prager经典塑性流动法则，塑性硬化/软化准则采用修正的过镇海模型。考虑界面的钢纤维一维弹性本构模型参数由钢纤维拔出试验确定。混凝土弹塑性本构模型参数可通过单轴、真三轴压缩试验进行标定。该模型在细观尺度考虑钢纤维滑移机制，利用普通混凝土和钢纤维弹性本构结合构建钢纤维混凝土弹塑性本构模型，简单可行，对纤维混凝土基础理论研究具有重要促进意义。

摘要： 本发明公开了一种弹粘塑性材料分形本构模型的构建及求解方法，通过组合连接基本力学元件模块形成基元模块，并在基元模块的基础上，利用基元模块对基本力学元件模块进行迭代，得到分形元件本构模型，在迭代的过程中，第一次迭代新增部分中各基本力学元件模块的参数为基元模块中各基本力学元件模块的参数的预设倍数；从第二次迭代开始，下一次迭代新增部分中各基本力学元件模块的参数为上一次迭代新增部分中各基本力学元件模块的参数的预设倍数。本发明构建的模型不仅能很好地描述材料的弹粘塑性力学性质，以及材料细观上的非常复杂的实际物理结构；还能表示分形本构模型的复杂度，且能够不增加参数的数量，很好地实现对所构建的分形本构模型的求解。

摘要： 本发明公开了一种考虑复合材料弹塑性与损伤耦合的弹塑性损伤有限元算法，属于复合材料力学性能有限元分析领域；以基于后退欧拉积分法则及牛顿迭代求解复合材料弹塑性损伤的模型为基础，通过在初始求解试用应力以及塑性屈服迭代中求解弹性应力时均考虑前一增量步中损伤状态量对当前应力的软化影响，从而在弹塑性求解过程中考虑损伤退化作用，更真实地反映树脂基复合材料在复杂加载条件下塑性行为与损伤之间的相互作用关系。本发明可有效地描述树脂基复合材料弹塑性与损伤的耦合作用关系，可应用于有限元软件中复合材料弹塑性损伤本构模型的开发、新型树脂基复合材料力学性能研究以及相关的复合材料工程结构精细化建模分析等科研及工程技术领域。

摘要： 本发明公开了一种构建深部扰动下岩石材料弹塑性力学本构模型的方法，利用岩石试验系统对试样进行不同埋深条件下三种不同深部开挖扰动应力路径的加载，获取加载过程中岩石试验系统所施加的轴向应力与环向应力，及试样轴向应变和环向应变。同时计算出试样在扰动应力路径下的平均整旋角的演化规律，建立基于平均整旋角的Hoek‑Brown屈服准则，并计算出以平均整旋角为自变量的岩石硬化函数及确定岩石的硬化参数。根据上述公式及参数，并基于弹塑性力学理论与本构理论，得出能得到岩石应力增量与应变增量的关系，即三种不同扰动应力路径下岩石的弹塑性力学本构模型公式，从而根据本构模型公式能对不同埋深三种不同扰动应力路径下的岩体变形破坏特征进行预测。

摘要： 本发明公开了一种考虑黏弹塑性应变分离的岩石蠕变模型建立方法，包括采用分级加卸载方式对岩石进行单轴加卸载蠕变试验，绘制出岩石全应变—时间曲线；通过对试验数据进行处理，绘制出分级加卸载蠕变—时间曲线；根据不同类型应变与时间的关系曲线和流变元件的本构方程，建立考虑黏弹塑性应变分离的岩石蠕变模型。本发明提出的岩石蠕变模型能够准确描述岩石的分级加卸载蠕变过程，对井下围岩的稳定性预测具有重要意义。

摘要： 本发明提供一种基于围压和强度的混凝土弹塑性模型修正方法及系统，涉及涉及混凝土材料设计领域，针对目前理论模型未经可靠修正导致理论模型应用受限的问题，通过对单轴、双轴和三轴的试验测试结果进行验证计算，提出了考虑混凝土强度和围压的塑性体积变形阈值的修正模型，以及考虑混凝土强度的软化段参数的修正模型，提高试验值与理论值的吻合度，保证准确性和理论可靠性，满足理论模型应用的需求。