非饱和多孔岩石的热力学本构理论

为了在本构模型中同时考虑岩石材料和多孔岩石的非线性和不可逆变形,提出非饱和多孔岩石工程力学理论.应用体积分数概念和混合物理论,凭借均匀化响应原理,获得由孔隙应变张量、饱和度和各组分材料体应变5个状态变量表示的能量平衡方程.利用自由能确定的5个弹性方程,加上体积分数之和等于1这个方程组成6个本构方程.根据这些方程可以求解非饱和岩石本构模型的全部6个未知变量(3个位移矢量和3个体积分数).根据不可逆热力学理论,基于熵产公式提出用内变量表示的耗散率势函数,获得能够反映黏性和塑性不可逆变形特性的耗散本构方程.结果表明,自由能和耗散率2个势函数分别反映了岩石弹性和非弹性变形规律,共同构成了非饱和多孔岩石的热力学本构理论框架.     

散煤的大变形应力应变关系试验研究

为了得到散煤的本构关系,设计了散煤在侧限条件下的大尺寸轴向压缩试验以测定其在轴向分级受压时的应力应变关系,应力和应变的度量分别采用Cauchy应力和对数应变.分析了燃煤的本构关系特点,整理得出:体积应力的对数和体积应变之间近似呈线性关系,偏应力的对数与偏应变之间也近似呈线性关系,此关系符合多孔介质弹性理论中所指出的材料的应力应变关系.基于多孔介质弹性本构模型,通过线性回归分析得到了散煤的体积模量和剪切模量的一般表达式.     

非饱和土等效时间流变模型

为了理论分析流变速率效应力学特性,需要建立非饱和土流变模型.首先把非饱和土屈服面分为LC和SI屈服面。其次根据LC屈服面的压缩蠕变公式,利用等效时间法建立相应的黏塑性体应变速率公式,结合巴塞罗那屈服方程和相关联流动法则,获得LC屈服面的三维流变速率方程,揭示了本文与Gennaro-Pereira提出的LC后继屈服面方程的异同。再次,根据SI屈服面的吸力压缩蠕变公式,利用等效时间法建立相应的黏塑性体应变速率方程.最后,把LC和SI屈服面的流变速率方程与弹性方程相结合,建立非饱和土等效时间三维弹黏塑性模型.当不考虑流变速率效应时,LC和SI流变屈服方程可以退化到巴塞罗那模型的塑性屈服方程.理论分析了非饱和土一维流变特性,并与土工试验数据进行对比,两者较为吻合。三轴加载条件下的流变特性数值分析结果表明,按不同方式施加到同一恒载时,随着恒载维持时间的增长,不同加载方式引起的体积流变趋向一致,但剪切流变有较明显的差别.     

基于不可逆热力学的形状记忆合金相变塑性统一本构模型研究

为了获得能够描述形状记忆NiTi合金相变和塑性行为的本构关系,基于不可逆热力学,假设两个内变量,分别推导了相变演化规律和塑性演化规律,以及NiTi合金本构模型的主控方程。将导出的本构方程写成一维的增量形式,编制FORTRAN程序,将本构模型进行了程序实现。结合单轴加载的实验曲线、非线性拟合的方法确定该本构模型的相关参数。比较实验结果,验证了该本构模型的合理性。该模型能很好地描述随着载荷不断增加,NiTi合金表现出的母相弹性、马氏体相变、马氏体弹性以及马氏体塑性流动行为,同时,对于应变率效应也能够较为理想地描述。所建立宏观唯象本构模型,参数易确定,为NiTi合金在更加苛刻、极端的环境下的工程应用打下基础。     

沥青混合料粘弹塑性本构关系及大变形有限元分析一般理论

应用Perzyna’s理论和Mises屈服准则建立沥青混合料粘弹塑性本构方程,并扩展到三维方程;应用Newton-Raphson迭代程序的逐步积分方法,获得了小变形粘弹塑性本构理论增量形式和有限元数值方程。基于小变形本构理论,把其应力应变、应力偏量和等效应力分别改用Cauchy应力的Jaumann导数、变形率、应力偏量和等效应力,推导出大变形粘弹塑性增量形式的本构方程和数值方程,建立了沥青混合料粘弹塑性理论体系。     

土本构模型研究的现状及展望

土本构模型课题，是理论土力学中最基础、最重要的研究内容。正确建立并合理应用土本构模型，对于提高岩土工程的计算精度，具有重要意义。论述了土的非线性弹性模型、弹塑性模型、粘弹塑性模型、结构性及损伤模型、内时模型等研究领域的主要成就和最新进展；结合2l世纪岩土工程发展方向，对诸如建立复杂应力状态本构模型、非饱和土本构模型、结构性模型等有待深入研究的领域的发展动向进行了展望。     

非饱和土本构模型研究进展

总结了非饱和土本构模型的研究历史和现状,介绍了非饱和土的各类模型,包括弹塑性模型、广义吸力模型、损伤模型、基于热力学的混合物理论模型.把弹塑性模型分成3个部分进行了介绍:未考虑饱和度影响,考虑饱和度影响但未考虑滞后现象和考虑滞后现象.并介绍了利用热力学和混合物理论建立非饱和土本构模型的新方法,指出了目前非饱和土本构模型研究中存在的问题,给出了今后可能的发展趋势.     

风积沙混凝土轴心受压力学性能研究

试验设计风积沙和粉煤灰内掺替代等质量的河砂及水泥,制备了10组风积沙-粉煤灰混凝土,进行60d风积沙-粉煤灰混凝土轴心抗压试验,开展风积沙-粉煤灰混凝土轴心受压破坏形貌、微观结构、应力-应变关系、轴心抗压强度、峰值应变、弹性模量、泊松比等内容的试验研究。结果表明：弹性阶段各掺量风积沙混凝土应力-应变曲线基本趋于一致,进入弹塑性阶段后,风积沙混凝土较基准混凝土应力增长较快,混凝土脆性增加。轴心抗压强度、弹性模量及泊松比随风积沙掺量增加呈现先增大后减小的变化趋势,随粉煤灰掺量增加在降低。最后,对过镇海经典模型上升段本构参数A进行二次演化,建立了本构参数与轴心抗压强度和风积沙掺量之间的演化模型,得出风积沙混凝土应力-应变上升段本构方程。     

非饱和土的黏弹塑性本构模型研究

非饱和土变形是随时间发展的,为了描述非饱和土随时间变化的长期变形行为,本文建立了非饱和土黏弹塑性模型.在已有的非饱和土率无关模型的基础上,考虑应变率对变形和强度影响,建立了一个非饱和土率相关的黏弹塑性模型.根据试验结果,应变率越大,屈服应力则越大,将屈服应力表示为应变率的函数,给出率相关影响的加载湿陷屈服面.利用一致性条件,给出了一维条件下非饱和土的增量方程.对模型进行数值分析,对模型基本行为进行预测.将模型退化饱和条件和率无关2种情形,利用已有的试验结果对模型进行了验证,结果表明模型可以用于预测非饱和土的蠕变行为.     

砂土的次加载面动本构模型

基于临界状态土力学框架,建立了一个适用于往返循环荷载作用的砂土次加载面本构模型。模型采用无弹性域假设,认为土体受到反向荷载的瞬时就产生塑性变形,砂土的弹性区域退化为一个点。根据试验结果,屈服面采用倒子弹头型。由于砂土的孔隙比与固结压力不存在唯一的关系,这样使得屈服面大小与孔隙比不能直接耦合,因而硬化规律不是剑桥模型的体变硬化,而是采用增量形式的塑性偏应变硬化表达式。流动法则采用加入状态参数概念的修正的Rowe应力剪胀关系。该模型能考虑砂土变形特性对密度和固结压力的双重依赖型,能合理地模拟砂土动荷载下的应力-应变关系曲线的光滑性、变形积累性、滞洄性。     

带空洞损伤的梁的纯弯曲

从弹性微结构理论出发研究了带空洞损伤线弹性材料的本构方程，把这种考虑损伤的本构方程应用到梁的纯弯曲．得到了关于梁的应力场、应变场、位移场和损伤场．通过简化与假设，其应力场、应变场可以得到与古典弹性力学关于梁的纯弯相同的结果．文中结果既验证了考虑损伤的本构方程的正确性，又在一定程度上更精确地反映了梁的受力及变形情况．     

弹塑性体的可动边界变分原理

利用可动边界的变分方法,在一阶变分为零的条件下,导出了待解函数应满足的数学物理方程,并建立了弹塑性体的可动边界变分原理,对弹塑性问题作了完整的描述。这类变分原理含有弹塑性区的交界方程、沿应变(应力)路径积分时,应变与应力应满足的本构方程、及在整体边界上力的附加边界条件。当略去边界可动性的影响时,这类变分原理就退化为通常的变分原理。     

纺织材料非线性蠕变特性的研究

通过单 向蠕变及 恢复试 验对纺织 材料的 蠕变特性 进行 了研 究,在 以往 研究 的基 础上, 给出了用以 描述蠕 变特征的 非线性蠕 变方程 ,首次提 出了把 蠕变— 恢复 过程 分为 急弹 性、急 塑性、粘弹性及粘 塑性变 形四项内 容,通过 理论分 析 得到 了求 蠕 变方 程 各参 数的 方 法和 步骤 ,并 选定 机 织物和非织 造织物 进行了验 证。     

压电、压磁弹性体的空间问题研究

从横观各向同性压电、压磁弹性体空间问题的基本方程出发,建立由位移、电势和磁势函数所表示的控制偏微分方程组,通过引入势函数来研究压电,压磁弹性体的空间问题一般解.针对压电、压磁半无限体受法向集中力作用,导出位移、应力、电位移、电势、磁感和磁势函数的具体表达式.     

剪胀对岩样全部变形特征的影响

采用FLAC内嵌语言FISH编制了计算平面应变压缩岩样轴向、侧向、体积应变及泊松比的FISH函数，研究了剪切扩容对剪切带图案及岩样全部变形特征的影响。在峰值强度之前及之后，岩石的本构模型分别取为线弹性及莫尔库仑剪破坏与拉破坏复合的应变软化模型。分析表明，增加剪胀角使岩样由单一向共轭剪切破坏转变，并使接近Arthur倾角的剪切带倾角增加。剪切带宽度随剪胀角增加，可由基于梯度塑性理论且考虑剪胀后的剪切带宽度公式进行解释。剪胀角增加导致峰值强度及对应的轴向、侧向及体积应变增加。在峰后，由于剪胀引起剪切带条数及宽度增加，因而，轴向应力-轴向及侧向应变曲线软化段都变平缓。剪胀角较高时，岩样可获得更大的侧向变形量及泊松比，甚至是负的体积应变；岩样失稳破坏的前兆更加明显。     

基于动态特性的剑杆织机共轭凸轮开口机构的设计方法

重新建立了共轭凸轮开口机构的动力学模型,组成相应的弹性振动微分方程.用矩阵摄动法分析该微分方程,并设计织机的开口机构.与传统的求解方法相比,计算时间减少20%,减小综框的振动以及降低断纬频率达到65%以上.     

土体循环塑性模型的动力有限元分析

在简要介绍基于广义塑性力学的土体次加载面循环塑性模型与土体动力有限元分析原理与计算方法的基础上，将循环塑性模型的本构方程结合进土体的动力平衡方程中，用无条件稳定的隐式积分(Newmark)法求解动力方程，建立了基于循环塑性模型的土体有限元动力分析方法；编制了相应的弹塑性动力有限元程序，程序用FORTRAN语言编写，采用模块结构，可求解连续介质在平面应力、平面应变和轴对称情况下的动力反应问题；最后利用所编程序对水平自由场地的饱和沙层在基岩加速度作用下的动力响应问题进行计算分析。通过对孔隙水压力发展时程、加速度响应时程与剪应力响应时程等计算结果的分析比较，初步验证了模型与程序用于实际计算的可行性和可靠性。     

正则方程与最小应变能原理

本文就线弹性静不定系统中力法与卡氏第二定理的应用,讨论正则方程与最小应变能原理在静不定系统中的普遍意义。