聚四氟乙烯膜材黏弹性本构关系

为研究聚四氟乙烯(PTFE)膜材的黏弹性本构关系,进行了蠕变试验和应力松弛试验,考虑了初始拉伸速率、初始应力对于PTFE膜材黏弹性性能的影响,并采用常用的黏弹性本构关系模型对试验数据进行了拟合,分析了应力松弛和蠕变之间的相互转化关系。研究表明:PTFE膜材具有明显的黏弹性性能,在设计中应予以考虑;初始应力对膜材料的黏弹性性能影响明显,初始应力越大,黏弹性越明显,而初始拉伸速率的影响相对较小;五元件广义Kelvin模型、Burgers模型、分指数模型能够较好地预测膜材料的蠕变黏弹性性能,而基于金属材料的蠕变-应力松弛转化关系不能直接用于分析PTFE膜材的黏弹性转化关系。     

Viscoelastic constitutive relations of polytetrafluoroethylenecoated fabrics

为研究聚四氟乙烯（PTFE）膜材的黏弹性本构关系，进行了蠕变试验和应力松弛试验，考虑了初始拉伸速率、初始应力对于PTFE膜材黏弹性性能的影响，并采用常用的黏弹性本构关系模型对试验数据进行了拟合，分析了应力松弛和蠕变之间的相互转化关系。研究表明：PTFE膜材具有明显的黏弹性性能，在设计中应予以考虑；初始应力对膜材料的黏弹性性能影响明显，初始应力越大，黏弹性越明显，而初始拉伸速率的影响相对较小；五元件广义Kelvin模型、Burgers模型、分指数模型能够较好地预测膜材料的蠕变黏弹性性能，而基于金属材料的蠕变-应力松弛转化关系不能直接用于分析PTFE膜材的黏弹性转化关系。     

基于内变量热力学的岩石蠕变与应力松弛研究

 蠕变变形和应力松弛是岩石材料固有的时效特性,与岩石工程的长期稳定性密切相关。基于Rice不可逆内变量热力学理论对岩石蠕变和松弛本质上的一致性问题进行了研究。给定余能密度函数和内变量演化方程建立基本热力学方程,通过不同约束条件构建黏弹–黏塑性蠕变和应力松弛本构方程。黏弹性本构方程具有普遍性,能包含经典元件组合模型的黏弹性本构方程;黏塑性本构方程考虑材料变形过程中的硬化效应,更加符合实际情况。蠕变和松弛是岩石材料在不同约束下的外在表现,但两者具有相同的非平衡演化规律,本质上具有一致性。蠕变与应力松弛本构方程基于相同的基本热力学方程,可以相互转化,且方程参数相同,因此可以通过蠕变方程和蠕变试验结果对材料的松弛特性进行分析。最后通过模型相似材料单轴蠕变加卸载试验和应力松弛试验对这一思想进行了验证。     

建筑用PTFE膜材应力松弛和徐变性能研究

对建筑用PTFE(聚四氟乙烯)膜材进行单轴应力松弛和徐变试验,得到松弛模量和蠕变柔量随时间的变化曲线,然后采用广义线性黏弹性模型、分数阶模型和分指数模型分别进行数值模拟,再比较各模型预测精度.结果表明:各类模型模拟短期的松弛模量和蠕变柔量有较好的精度;随时间增长,广义线性黏弹性模型模拟的松弛模量和蠕变柔量偏离试验值,长期预测精度较差;分数阶模型对长期松弛模量和蠕变柔量预测精度较好;分指数模型可预测长期的经向蠕变柔量,但对长期松弛模量和纬向蠕变柔量的预测精度不高.     

黏弹塑性普适组合模型及其工程应用

用合适的流变模型描述岩石工程的流变特性是岩石流变研究的重要内容之一,而数值软件包含的流变模型不足,影响了流变本构模型在全局范围内识别的发展.为此,首先证明了在Maxwell体上并联n-1个Maxwell体的广义Maxwell模型和串联相同数目的Kelvin体的广义Burgers模型是等效性,并提出了黏弹性模型等效的必要条件;从黏弹性等效原理出发,论证了广义Burgers模型的普适性,提出了黏弹塑性普适组合模型,进而推导了其有限差分方程.最后用紫红色黏土岩的室内试验数据证实了黏弹性组合模型等效性的存在,并用锦屏二级水电站辅助洞验证了黏弹塑性普适组合模型二次开发的可行性、正确性和普适性,为复杂材料流变模型辨识提供了一条新途径,为模型惟一性论证提供了依据.     

PVC涂层织物膜材的非线性各向异性本构关系模型

基于各向异性弹塑性理论,通过等效应力和等效塑性应变反映材料固有的非线性性质,并结合三参数形式的弹塑性屈服函数,提出了1种适用于聚氯乙烯（PVC）涂层织物膜材的非线性各向异性本构模型.为确定本构模型中的待定参数,同时验证该本构模型的适用性,进行了7个偏轴角度（0°、5°、15°、45°、75°、85°和90°）的单轴拉伸试验,并将模型预测结果与试验结果进行对比.结果表明：该本构模型能够较为准确地反映PVC涂层织物膜材拉伸时的非线性应力应变关系,可用来预测PVC涂层织物膜材在拉剪应力共同作用下的力学行为.     

圆形ETFE气枕粘塑性成形过程分析

设计制作了圆形ETFE气枕模型,进行气枕粘塑性成形试验,得到气枕膜面高度与内压的实时变化曲线。基于Perzyna的粘塑性本构方程,对ETFE薄膜进行单向拉伸试验,得到材料拉伸曲线及屈服强度,通过MATLAB拟合得到Perzyna本构方程参数,利用有限元软件进行了数值分析,并与试验结果进行比较。结果表明:ETFE气枕粘塑性成形过程试验结果与数值分析结果吻合良好,运用Perzyna粘塑性本构方程以及非线性材料模型可以准确、有效地完成ETFE粘塑性成形过程分析。     

适用于弹黏塑性本构模型的修正切面算法

针对弹黏塑性本构模型将原始切面算法进行了修正。该弹黏塑性本构模型结合了修正剑桥模型和过应力理论。首先对弹黏塑性本构模型的应力-应变关系式进行了调整,基于过应力理论给出了动态加载面硬化参数的演化方程。其次,利用切面算法对整理后应力-应变关系式进行了数值实现。在弹性试算过程中,该算法假设黏塑性应变率为常数,以此确保时间增量引起的当前应力点与动态加载面间的偏离。在塑性修正过程中,对动态加载面函数进行泰勒级数展开,依此获得黏塑性应变率增量。再次,提出了一种自动分步方法,有效地稳定了大应变步情况下算法的计算精度和收敛性。最后,对变应变率的固结试验和三轴剪切不排水试验进行了模拟,分析了修正切面算法的计算能力。     

基于动态模量的沥青混合料车辙有限元分析

为探究沥青路面车辙性能,采用UTM试验机进行动态模量试验,根据Schapery和Park提出的方法将频域内的动态模量转换成时间域的松弛模量,采用WLF方程和Sig-moidal函数,利用非线性最小二乘法建立松弛模量主曲线,通过瞬态剪切模量G(0)将G(t)归一化获得剪切模量比g(t),使用1stopt里的麦夸特法(Levenberg-Marquardt)进行多元非线性曲线拟合,获得Prony级数广义Maxwell模型,得到沥青混合料粘弹性本构模型,利用Abaqus有限元分析软件建立沥青混合料数值模拟仿真模型,通过室内车辙试验验证模型可靠,表明,采用Prony级数的本构模型能够很好地描述沥青混合料粘弹特性,所建立的仿真模型能较合理地模拟沥青混合料力学响应;利用广义Maxwell模型粘弹性沥青混合料本构模型来研究沥青路面车辙性能是可行的。     

聚氯乙烯膜材各向异性超弹性本构模型

为反映聚氯乙烯（PVC）膜材在拉剪耦合应力作用下呈现的大变形、非线性和各向异性等力学特性，基于纤维增强复合材料连续介质力学理论，将应变能解耦为经、纬向纤维束的拉伸变形能和两向纤维束间角度变化产生的剪切变形能，建立了各向异性超弹性本构模型。推导了适用于PVC膜材偏轴拉伸的本构模型表达式，给出了获取模型参数的具体方法，并通过堆载试验进行了验证分析。结果表明：该模型能够很好地预测PVC膜材偏轴拉伸应力-应变曲线，且较CECS 158:2015中建议模型的计算精度更高。     

几种高硬度透明材料与砂土接触面力学特性研究

模型试验是研究砂土类相关工程问题的必要研究手段,然而试验过程中可视化窗口的边界条件对结果的影响不容忽视。调研选取6种高硬度透明材料,开展其与ISO标准砂在5种不同法向应力下的接触剪切试验,获得每种透明材料与砂土接触面的剪应力-切向位移关系以及剪切破坏强度。通过分析接触面力学特性,为平面应变试验仪器可视窗的选材提供参考。同时,通过理论研究对适合两者接触面的双曲线本构模型进行了拟合,本构模型与试验数据拟合情况较好,验证了本构模型选取的正确性,能够在砂土的受荷破坏模型数值试验的中考虑可视窗的边界条件提供接触本构。     

建筑用PVC膜材应力松弛性能研究

对建筑用PVC(聚氯乙烯)膜材进行单轴和双轴应力松弛试验.采用Prony级数模拟单轴应力松弛,建立单轴和双轴应力松弛拟合方程.结果表明：单轴经、纬向应力松弛量受初始应力影响较小;不同经、纬向初始应力比下,双轴经、纬向应力松弛量变化较小;双轴经向应力松弛量高于单轴经向应力松弛量,而双轴纬向应力松弛量则低于单轴纬向应力松弛量.Prony级数可以有效模拟单轴应力松弛;在单轴应力松弛拟合方程中引入调整参数,可以较好地模拟双轴应力松弛.     

Modelling of residual stress relaxation around cold expanded holes in carbon steel

In cases of cold expanded holes, taking residual compressive stresses into account in strength estimation, without considering their relaxation under cyclic load, leads to inaccurate mathematical models for the prediction of fatigue life of structural components. This article presents the outcomes from experimental and numerical investigations of residual stress relaxation around cold expanded holes in medium-carbon steel under cyclic tension. An approach to experimental modelling of the relaxation is proposed. This approach reduces to minimum the volume of the experiment and at the same time provides a relatively simplified mathematical model applicable to engineering practice. A generalized mathematical model of residual stress relaxation has been obtained and it predicts the relaxation as a function of the number of cycles, parameters of the cycle and hole expansion rate. A metallographic analysis has been made for clarifying the physical nature of the residual stress relaxation. On this basis two FE models have been developed for quantitative estimation of the errors from the basic formulations in the study as well as for estimation of the residual stress relaxation. The experimental and the numerical outcomes are in a good agreement.     

Unified modeling behavior of rockfill materials along different loading stress paths

Rockfill materials used for dam construction show obvious stress path dependency during construction process. The constitutive model for rockfill materials are mainly established based on conventional triaxial test. This brings some deviation to the numerical calculation for earth rockfill dam engineering, and it is necessary to develop a constitutive model considering stress paths effect. In the framework of generalized plasticity, plastic modulus can be expressed as the function of dilatancy equation and tangent modulus, hence the influence of stress paths on model can be transfer to the dilatancy equation and tangent modulus. This leads to a new method to describe stress-strain response of rockfill under various loading stress paths. Based on the analysis of large-scale triaxial experiments of rockfill materials with various stress paths, we proposed new dilatancy equation and tangent modulus to better describe stress paths effect and corresponding modified generalized plasticity model is established. Through the prediction and comparison of three groups of rockfill materials triaxial tests, the model established in this paper can simulate behaviors of rockfill materials under various stress paths, using only a set of parameters.     

考虑时间效应的K_0各向异性UH模型

将所建立的考虑时间效应的超固结土统一硬化模型(时间UH模型)推广为能够考虑K0各向异性的弹黏塑性模型。基于广义非线性强度准则的变换应力三维化方法,将新模型扩展到三维应力状态。使用新模型预测K0固结土的一维和三轴等应变率加载试验,预测结果表明新模型能够合理反映应变率对K0固结土前期固结压力和应力应变曲线的影响。根据模型的基本方程,推导三轴压缩条件下不排水抗剪强度的理论公式,并将该公式的计算结果与试验结果进行对比,发现该公式能够反映不排水抗剪强度随超固结度和应变率的增大而提高的性质。     

剪胀和破坏耦合的节理岩体本构模型的研究

 摘要：根据节理岩体切向加载作用下的变形机制,把微凸体在磨损破坏过程中引起的剪胀软化现象和伴随的强化现象分开考虑,提出一种新的本构模型。试验结果表明,在法向和切向载荷共同作用下,由于微凸体的爬坡和啃断作用,节理岩体均会发生一定程度的剪胀和磨损,累积到一定程度就产生软化现象,在此引入一个初始剪应力概念体现上述特征。另一方面,由于破碎颗粒的碾压和迁移作用,使得抗剪力学行为由微凸体粗糙度控制逐渐转变为由结构面上形成的紧密夹层的力学行为所控制,抗剪强度提高,在此通过弹塑性随动强化模型来体现这一变形行为。当随动强化模型与初始剪应力相结合时,即为节理岩体切向加载作用下的剪应力–切向位移本构关系。通过对各种已有试验曲线的对比分析,验证该模型的正确性。     

堆石料广义塑性模型研究

通过分析试验资料和以往研究成果,修正了堆石料不同围压下剪切过程峰值应力比表达式,论述了塑性模量对平均应力的依赖性。基于广义塑性理论框架,借鉴Lade-Duncan单屈服面模型中引入塑性功定义硬化规律的思路,对塑性模量进行了修正,提出了一种改进的广义塑性模型。为了验证改进方法的合理性,塑性模量改进方法被应用于刘恩龙模型,同时使用提出的修正广义塑性模型预测了另外两种堆石料试验。不同围压下模型的预测结果与试验结果吻合较好,表明修正的模型可以较好地预测堆石料的应力–应变特性。