损伤本构模型

摘要： 为了描述腐蚀后含单裂隙类岩石材料在单轴压缩作用下的变形和强度特性,提出了一种水化学损伤与微裂纹和宏观单裂隙耦合损伤相结合的损伤本构模型。首先,基于唯象理论,得到了类岩石试件在水环境侵蚀和化学腐蚀共同作用下的损伤变量。其次,基于Lemaitre应变等价性假设,结合微裂纹的Weibull分布统计损伤模型和宏观单裂隙的断裂力学模型,推导了含单裂隙类岩石试件的耦合损伤变量。然后,考虑类岩石材料的残余强度特性,通过引入修正系数对损伤变量进行了修正,建立了单轴压缩作用下含单裂隙类岩石试件的损伤本构模型。通过由试验获得的应力-应变曲线对模型的有效性进行了对比和验证,结果表明,理论模型计算得到的应力-应变曲线与文献中的试验结果吻合较好。最后,对本文所提出的损伤变量修正系数进行了讨论。本文建立的损伤本构模型为描述含单裂隙腐蚀类岩石材料在单轴压缩作用下的应力-应变关系和残余强度特征提供了一种有效的理论计算方法。

摘要： 岩石内部裂纹的分布对岩石损伤本构关系影响很大,然而目前的岩石损伤本构模型较少考虑裂纹的影响。为建立考虑裂纹闭合影响的岩石变形破坏模拟方法,引进裂纹闭合系数,假设岩石的微元强度符合Harris分布函数,建立了考虑Harris分布和裂纹闭合效应的新型岩石损伤本构模型。基于极值法确定了Harris分布参数,开展室内粉砂岩力学试验并借鉴其他岩石数据验证模型的合理性。结果表明,模型曲线与试验曲线匹配较好,提出的模型能揭示岩石的变形破坏规律,反映岩石的残余强度和延性特征及裂纹闭合效应的影响;对岩石破坏的损伤演化过程进行的分析符合“S”形曲线规律,能够较好地反映岩石的变形阶段划分。

摘要： 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。

摘要： 为研究饱水强度作用下灰岩的物理力学特性,对不同饱水强度的灰岩试样进行单轴压缩试验,分析其典型的应力-应变特征,并基于损伤力学理论建立损伤本构模型。结果表明,饱水强度加剧了灰岩的软化效应,高强度饱水灰岩的压密阶段相对延长,而弹性变形阶段相对缩短;随着饱水强度的增加,灰岩峰值强度呈线性降低,但饱水作用未对灰岩的破坏类型造成较大影响,仍以剪切破坏为主;损伤本构模型曲线和试验曲线高度吻合,说明建立的损伤本构模型是可靠的;随着饱水强度的增加,灰岩脆性和强度弱化,参数m和F_(0)分别呈二次函数和三次函数降低。

摘要： 冻结岩石的变形破坏特性是冻结法施工过程中的基础力学问题,在荷载作用下不同冻结温度岩石的力学特性和变形特征差异性较大,严重影响冻结壁的安全与稳定。因此,研究冻结岩石的损伤本构关系,对指导冻结法设计与施工具有重要意义。为分析荷载作用下冻结岩石变形破坏的全过程,采用Weibull分布描述岩石材料的非均质性,基于Drucker-Prager破坏准则,建立三轴应力状态下岩石损伤本构模型,结合冻结砂岩三轴压缩试验,重点分析本构关系中均质度系数m、平均强度F_(0)与冻结温度和围压的变化关系,对损伤本构方程进行修正,并基于此模型研究冻结砂岩的损伤演化规律。结果表明:在相同围压下,随着冻结温度的降低,砂岩峰值强度显著增大,峰值应变减小,压密阶段逐渐减弱,弹性变形阶段斜率增加,岩石脆性破坏特征明显。在相同冻结温度下,均质度系数m和平均强度F_(0)随围压升高无显著变化,而随着冻结温度的降低,m和F_(0)分别呈现指数增长和线性增长,说明随着冻结温度的降低,砂岩冻结越充分,内部自由水冻结成冰占比及冰体强度增长幅度越大,尤其在0~–10°C内提升效果显著,冻结作用提高了砂岩的均质性和平均强度。基于不同冻结温度砂岩的力学特性和变形规律,对不同冻结温度砂岩的损伤本构方程进行了修正。依据修正本构模型研究发现,损伤演化曲线能够很好地反映冻结砂岩压缩试验的压密、线弹性、屈服变形及应变软化各阶段的变形特征,验证了模型的合理性。研究结果为低温环境下岩石力学特性研究及地下冻结工程设计施工提供有益的参考。

摘要： 【目的】通过建立一种分级加卸载本构模型,研究煤岩在高应力作用下的复杂应力-应变关系。【方法】假设煤岩的微元强度服从Weibull概率密度分布,结合双剪统一强度理论,创建煤岩损伤本构模型;利用煤岩试验结果对本构模型进行验证,对试验得到的应力-应变曲线进行拟合,得到参数的演化规律,并对这些参数进行敏感性分析。【结果】随着煤岩加卸载次数的增多,煤岩内部塑性变形逐渐累积,滞回环的面积不断增大;随着加卸载等级的提高,煤岩逐渐硬化,煤岩内部的损伤逐渐增多,煤岩脆性相应增强,煤岩微元强度有所减小,煤岩微元强度分布的集中程度有很大提高。【结论】本研究所建立的基于双剪统一强度理论的煤岩损伤本构模型能够较准确地表达煤岩在分级加卸载条件下的应力-应变关系,具有一定的理论和现实意义。

摘要： 为探究深部岩体在爆破、开挖等扰动荷载下的力学特性,开展锚固岩体在蠕变-疲劳荷载下的室内试验,并进一步探究其能量演化规律。结果表明:(1)在疲劳荷载作用下,加锚节理岩体比无锚条件下的滞回环面积小,在施加预应力时,其滞回环面积又大幅度减少,说明加锚预应力能有效降低其能量损耗;(2)岩石强度越高,其滞回环面积越小,对应的能量耗散越小,反之能量耗散大;(3)对比不同加卸载速率可知:在每一级循环荷载过程中,加卸载速率越大其对应的应变值、切线斜率就越大。考虑加卸载速率对节理岩体劣化作用,依据应变等价原理,得出节理岩体峰值损伤本构方程,并通过试验验证模型的准确性,为深部岩体结构支护提供思路。

摘要： 为研究含水率对冻结砂土强度和变形特性的影响,在不同含水率的条件下进行人工冻结砂土无侧限抗压强度试验。试验结果表明:冻结砂土的应力-应变曲线均表现出应变软化的特性,当含水率介于10%~20%时,冻结砂土的峰值应力、峰值应变和弹性模量随含水率的增大而增大;当含水率大于20%时,含水率的增大会弱化冻结砂土抵抗破坏变形的能力;冻结砂土的弹性模量与无侧限抗压强度线性相关,二者的比值介于6.01~13.76之间。提出了对于应变软化的应力-应变曲线损伤模型,将该模型计算结果与试验结果对比,发现损伤模型能够很好地预测冻结砂土的本构关系。基于Weibull分布的损伤本构模型能够准确地预测出冻结砂土的强度和变形特性。

摘要： 为了揭示充填体材料在单轴荷载下的损伤机理,首先对充填体材料在单轴荷载下的应力—应变曲线进行分析,再以损伤变量作为影响充填体材料力学特性的内变量,基于统计损伤理论、最大拉应力准则和应变等效假说,推导了充填体材料在单轴荷载下的经典损伤本构模型.由于充填体试件在初始阶段存在压密过程,提出了压密系数并将其引入到经典损伤本构模型,弥补了经典损伤本构模型无法合理解释充填体压密过程的缺陷.采用修正损伤本构模型对几种不同试验数据进行拟合,并与经典损伤本构模型进行对比,结果表明:拟合曲线不仅能够较好地模拟充填体试件在初始加载阶段的压密过程,而且拟合曲线与应力—应变试验数据基本吻合,充分说明所建立的修正损伤本构模型可靠性较好.为了进一步研究拟合参数变化对拟合曲线形状的影响,采用控制变量法改变其中一个参数,结果表明不同类型的拟合参数会对拟合曲线的形状产生不同的影响.

摘要： 坝基岩体软弱夹层蠕变特性对大坝安全和稳定性极为重要,在介绍向家坝水电站坝基岩体软弱夹层发育情况的基础上,选取代表性的软弱夹层取样开展剪切蠕变试验,通过分析饱水时长对软弱夹层蠕变特性的影响规律,引入损伤变量建立非线性损伤蠕变本构模型.结果表明:1)坝基岩体软弱夹层具有明显的蠕变行为,饱水时长对坝基岩体软弱夹层蠕变特性具有显著影响,随着饱水时长的增加,蠕变变形量由1.489～2.931 mm逐渐增加,长期强度由518.34～171.52 kPa呈指数降低趋势;2)坝基岩体软弱夹层饱水劣化机理为:高孔隙度为水分子提供良好的运移通道——长期饱水作用溶解可溶性盐——颗粒骨架调整导致微观结构改变——蠕变变形增加、长期强度降低;3)改进的Burgers模型能够准确描述饱水作用下坝基岩体软弱夹层的剪切蠕变行为.研究成果希望能为岩体蠕变力学本构模型研究提供参考依据.

摘要： 通过对损伤能量释放率进行修正，建立能准确模拟混凝土多轴本构行为的弹塑性损伤本构模型，将本文提出的本构模型在ABAQUS中二次开发并对两片剪力墙进行了数值模拟。分析表明本文开发的本构模型能准确模拟剪力墙构件在水平荷载作用下的破坏形态。本文开发的本构模型不仅可以得到结构在外力作用下的响应，而且可以同时得到不同状态下结构的损伤分布，便于分析者直观把握结构破坏形态。

摘要： 本文通过分析平纹编织C/SiC复合材料的损伤演化过程和非线性应力应变行为，在连续损伤力学框架下提出了平纹编织C/SiC复合材料的正交各向异性损伤本构模型。rn 该模型考虑了引起材料非线性响应的两个主要因素，损伤残余应变和各向异性损伤，并根据能量等价原理推导了本构方程。基于材料各个主方向上损伤的耦合关系给出了材料的正交各向异性损伤屈服函数，并考虑材料的非线性硬化特性给出了材料的损伤耗散势函数。单向拉伸应力状态下损伤本构模型的预测结果与试验值的对比分析表明，该模型可以准确地预测平纹编织C/SiC复合材料的应力应变行为，为材料的强度和刚度设计奠定了良好的理论基础。

摘要： 黏土的变形主要受土颗粒之间的联结方式控制，将土颗粒之间的联结方式分为完善联结和滑动联结。在弹性变形阶段，颗粒之间的联结为完善联结，随着剪应力的增大，骨架中一部分完善联结逐渐变成滑动联结，这种转变即为损伤的演化。骨架的损伤和破坏遵循Mohr-Coulomb准则，在p～q平面中以应力点到初始损伤线和破坏线的相对距离表示损伤比，给出了一种描述骨架损伤和计算损伤演化的方法，进而提出了一种描述黏土在不排水条件下剪切变形的损伤本构模型。模型中的参数可根据常规三轴压缩试验确定，模型的形式简单，可适用于复杂的应力路径情况。对试验结果的拟合表明，该模型能较好地反映黏土在不排水条件下的剪切变形特征。

摘要： 已有的混凝土平面应力有限元分析均是利用单轴应力-应变本构关系,其中经验系数的选取带有相当的主观色彩,因此十分有必要建立混凝土在多轴应力特别是二维应力状态下的本构关系并直接应用于非线性分析.基于连续损伤力学的理论框架,作者建立了理论上较为完备、应用较为简单的确定性混凝土拉剪弹塑性损伤本构模型.模型数值模拟和已有试验结果的对比表明,本文建议模型能够很好的描述双轴应力条件下混凝土材料的弹性区域包络线以及强度包络线,同时应力-应变全过程结果和Kupfer(Kupfer et al.1969)的试验结果吻合良好,能够很好的模拟混凝土双轴受压强度的提高和双轴拉压应力状态下的"拉压软化效应",这对混凝土结构的非线性分析是非常重要的.

摘要： 动-静耦合冲击破岩钻具在深部致密砂岩层钻井提速中得到广泛应用,目前对此类钻具的提速潜力和破岩机理均缺乏定量研究.为此,依据四川须家河组致密砂岩Johnson-Holmquist损伤本构模型参数,利用AUTODYN软件对不同冲击速度下受单齿动-静耦合冲击致密砂岩的破碎特征进行了仿真分析.结果表明,提高冲锤打击速度可有效增加岩石断裂能、岩石损伤能、破碎坑体积以及断裂能率,同时降低岩石破碎比能,能够实现深部致密砂岩层钻井高效破岩.

摘要： 为了考虑高架桥地震灾变过程中几何、材料和刚度损伤等非线性效应的影响，本文拟采用损伤本构模型和Lagrange方法研究混凝土高架桥的地震灾变机理。建立基于不可逆热力学的广义标准（材料和结构）损伤模型，构建单自由度体系和高架桥地震灾变分析的简化模型。由混合Lagrange法得到广义Hamilton作用量，根据Gateaux变分过程推导材料和结构的Euler-Lagrange控制方程，从而得到材料的本构模型、损伤演化方程以及损伤系统的动力学方程。为避免常用本构及结构非线性迭代方法不同造成的收敛问题，发展基于时间离散的统一数值算法，分析了高架桥简化模型的地震响应特性。

摘要： 基于大型通用有限元软件ABAQUS，将混凝土的修正Faria-Oliver损伤模型与钢筋的由Sakai与Kawashima修正的Menegotto-Pinto模型，利用用户材料子程序接口VUMAT嵌入到ABAQUS材料库中，结合纤维梁柱单元的等效模拟策略，模拟分析了钢筋混凝土多层框架结构的地震损伤发展全过程。研究表明：该模拟方法能有效识别出钢筋混凝土框架结构的地震损伤、破坏全过程，便于设计人员直观地了解框架结构的抗震薄弱部位，从而采取相应的损伤控制措施，同时也为高层建筑结构的地震损伤分析与控制奠定了基础。

摘要： 基于大型通用有限元软件ABAQUS，将混凝土的修正Faria-Oliver损伤模型与钢筋的由Sakai与Kawashima修正的Menegotto-Pinto模型，利用用户材料子程序接口VUMAT嵌入到ABAQUS材料库中，结合纤维梁柱单元的等效模拟策略，模拟分析了钢筋混凝土多层框架结构的地震损伤发展全过程。研究表明：该模拟方法能有效识别出钢筋混凝土框架结构的地震损伤、破坏全过程，便于设计人员直观地了解框架结构的抗震薄弱部位，从而采取相应的损伤控制措施，同时也为高层建筑结构的地震损伤分析与控制奠定了基础。

摘要： 基于大型通用有限元软件ABAQUS，将混凝土的修正Faria-Oliver损伤模型与钢筋的由Sakai与Kawashima修正的Menegotto-Pinto模型，利用用户材料子程序接口VUMAT嵌入到ABAQUS材料库中，结合纤维梁柱单元的等效模拟策略，模拟分析了钢筋混凝土多层框架结构的地震损伤发展全过程。研究表明：该模拟方法能有效识别出钢筋混凝土框架结构的地震损伤、破坏全过程，便于设计人员直观地了解框架结构的抗震薄弱部位，从而采取相应的损伤控制措施，同时也为高层建筑结构的地震损伤分析与控制奠定了基础。

摘要： 基于大型通用有限元软件ABAQUS，将混凝土的修正Faria-Oliver损伤模型与钢筋的由Sakai与Kawashima修正的Menegotto-Pinto模型，利用用户材料子程序接口VUMAT嵌入到ABAQUS材料库中，结合纤维梁柱单元的等效模拟策略，模拟分析了钢筋混凝土多层框架结构的地震损伤发展全过程。研究表明：该模拟方法能有效识别出钢筋混凝土框架结构的地震损伤、破坏全过程，便于设计人员直观地了解框架结构的抗震薄弱部位，从而采取相应的损伤控制措施，同时也为高层建筑结构的地震损伤分析与控制奠定了基础。

摘要： 本发明公开了一种考虑损伤累积效应的材料本构模型数值分析方法：步骤A：定义损伤变量D；步骤B：依据材料的应力‑应变曲线获得材料单调加载力学性能；步骤C：依据材料不同应变幅的滞回曲线计算损伤参量β,ξ1和ξ2；步骤D：依据材料的滞回曲线获取待定参数m0、m1、m2、m3，建立考虑损伤累积效应的材料循环本构模型；步骤E：通过ABAQUS有限元软件，将上述材料的相关参数代入材料用户子程序VUMAT中，以精确模拟材料在循环荷载作用下的破坏。本发明能够有效地解决现阶段累积损伤模型应用的困难，明确损伤参数，提高计算精度，实现了考虑损伤累积效应的材料本构模型在有限元软件中的应用，可精确模拟材料在循环荷载作用下的破坏。

摘要： 本发明公开了一种含损伤的推进剂蠕变型本构模型的构建与有限元应用方法，其中含损伤的推进剂蠕变型本构模型的构建方法包括：获取推进剂蠕变参数；预设推进剂有效承载面积相对变化量；根据获取的蠕变参数构建推进剂蠕变型本构模型；根据有效承载面积相对变化量确定损伤变量；根据确定的损伤变量确定损伤发展方程；根据确定的损伤发展方程和构建的推进剂蠕变型本构模型，构建考虑损伤的推进剂蠕变本构模型；其中含损伤的推进剂蠕变型本构模型的限元应用方法是通过分解、离散上述构建方法构建的考虑损伤的推进剂蠕变本构模型，推导出有限元材料子程序二次开发需要的一致切线刚度阵。本发明能够计算推进剂药柱结构在贮存阶段蠕变损伤力学行为。

摘要： 本发明公开了一种不同氧硅比例对熔石英非晶结构模型的激光损伤阈值的评估方法，包含以下步骤：S1、生成无缺陷熔石英非晶结构：S2、生成多种氧硅比例的熔石英非晶结构S3、评估不同氧硅比例对熔石英的激光损伤阈值的影响：本发明的有益效果在于：针对目前激光聚变工程以及光电对抗领域中，急切了解诱导激光损伤以及降低光学材料损伤阈值与氧硅比例下降之间的联系的需求，本发明结合多种模拟手段与理论，提出了该方法。本方法可以结合相关课题，有效地对多种氧硅比例对激光损伤阈值影响进行分析与评估，从而找出关键损伤氧硅比例。

摘要： 本发明提出一种表征复合材料双损伤特征的剪切本构模型获取方法，属于复合材料力学性能研究技术领域；首先完成多次同种加载工况下的复合材料剪切试验，并记录每次试验的载荷‑位移数据，进而计算出实测复合材料剪切应力‑应变数据；然后采用2个统计分布模型分别表征复合材料内纤维和基体的损伤量在加载应变域上的概率分布，并推导出复合材料双损伤剪切本构模型；最后采用遗传算法获取每个实测复合材料剪切应力‑应变数据所对应的双损伤剪切本构模型参数值，最终通过相同参数取均值的方法得到表征该复合材料双损伤特征的剪切本构模型；本发明提出的复合材料双损伤剪切本构模型能真实地表征复合材料的双损伤特征，具有较高的精度。

摘要： 本发明公开了一种矿井水浸泡后的承载煤岩体和充填体损伤本构模型建立方法，属于地下工程岩石力学领域，适用于分析矿井水浸泡后的煤岩体和充填体承载力学问题。包括以下步骤：选择本构模型；确定模型参数；将各参数代入本构模型方程式中，确定本构模型方程式。本发明改正了传统统计损伤本构模型绘制的应力应变曲线压密阶段与试验曲线差别较大的缺点，分析了其化学腐蚀后的力学特性，引入了化学损伤参数定量地表征其力学参数，创新性地将压密阶段和后续阶段分开表示，构建了带化学损伤参数接口的分段式损伤本构模型。本发明丰富了地下工程岩石力学理论，为壁式连采连充高效开采提供理论参考。

摘要： 本发明提供了一种深部硬岩损伤演化本构模型建立方法，首先建立考虑残余应力特征的深部岩石损伤本构模型，基于建立的考虑残余应力特征的深部岩石损伤本构模型，引入反映应力跌落速率的修正系数，构建考虑应力跌落速率与应力跌落幅度的损伤本构模型；基于构建的考虑应力跌落速率与应力跌落幅度的损伤本构模型，推导损伤本构模型参数的理论公式；进行深部硬岩力学试验，对损伤本构模型进行验证。本发明提供的深部硬岩损伤演化本构模型建立方法，建立的模型可以准确反映出深部硬岩在应变软化阶段表现出来的应力跌落速率快、幅度大的特征，对模型进行分析，可以得到Weibull参数、修正系数对于理论曲线形态特征的影响规律。

摘要： 一种构建损伤本构模型分析易泥化矿岩损伤演化的方法，包括制作矿岩试件，对矿岩试件分别进行单轴压缩下的声发射试验，并获得各矿岩试件的位移、载荷和声发射参数数值；计算并分析易泥化矿岩单轴压缩下的特征应力，揭示易泥化矿岩单轴压缩下的声发射参数演化特征，定义易泥化矿岩不同特征应力阶段的损伤变量，构建易泥化矿岩应力‑应变全过程的损伤本构模型。本发明的方法能准确、全面地对易泥化矿岩单轴压缩下的强度演化特征定量分析，实时监测易泥化矿岩损伤演化特征、损伤程度，为维持矿山地下采空区稳定性提供参考依据。

摘要： 本发明公开了一种考虑老化损伤的推进剂蠕变本构模型的构建与有限元应用方法，其中构建方法包括：获取推进剂的蠕变参数；获取推进剂的老化参数；预设有效承载面积相对变化量；根据获取的老化参数确定老化发展方程；根据蠕变参数构建推进剂蠕变型本构模型；根据有效承载面积相对变化量确定损伤变量，并根据损伤变量确定损伤发展方程；根据确定的老化发展方程和损伤发展方程以及构建的推进剂蠕变型本构模型，建立考虑老化损伤的推进剂蠕变本构模型；其中有限元应用方法包括：分解上述方法构建的考虑老化效应的推进剂蠕变损伤本构模型，推导老化增量形式和一致切线刚度阵。本发明能够计算推进剂药柱结构在贮存阶段蠕变损伤力学行为和老化力学行为。

摘要： 本发明涉及一种基于格构模型的混凝土材料损伤演变过程的模拟方法，首先建立混凝土材料细观格构模型，在数值模型中投放骨料并扩展ITZ层，完成格构模型各相单元材料特性的赋予；基于Timoshenko梁理论完成格构模型有限元方程的建立；采用Mazars损伤本构模型模拟混凝土材料力学性能的劣化；按位移加载的牛顿迭代法对格构模型进行计算求解，对混凝土材料的损伤演化过程进行仿真分析，在保证模拟有效性的同时能够大大提升计算效率。

摘要： 本发明公开了一种热力耦合石灰岩分数阶蠕变损伤本构模型构建方法，包括：S1：建立考虑热膨胀和热损伤影响的第一热损伤弹性元件；S2：建立考虑热力耦合作用影响的热力耦合损伤黏性元件；S3：建立热力耦合石灰岩分数阶损伤蠕变模型；S4：获取热力耦合石灰岩分数阶损伤蠕变本构模型的一维本构关系方程；S5：建立热力耦合石灰岩分数阶损伤蠕变本构模型的三维本构关系方程。本发明提出了考虑热膨胀作用的弹性元件和基于分数阶的热力耦合损伤黏性元件，能够准确描述不同温度作用下岩石蠕变的三阶段特征，较好反映热力耦合作用下岩石的流变机制，该模型的建立能够为火灾隧道围岩的长期稳定性分析提供一定的理论指导。