考虑波浪引起的主应力轴旋转效应的砂土本构模型及其验证

Principal stress axes rotation influences the stress-strain behavior of sand under wave loading. A constitutive model for sand, which considers principal stress orientation and is based on generalized ...     

非共轴本构模型在吸力桶地基承载力

土体在剪切变形过程中产生主应力方向的旋转时,主应变率方向与主应力方向之间存在着非共轴现象,然而,传统的弹塑性本构模型并不能考虑该现象的影响。通过在传统本构模型屈服面的切线方向增加一项非共轴塑性应变率,即可实现对非共轴现象的反映。利用有限元软件ABAQUS的材料子程序接口UMAT,通过显式积分算法和自动分步方法实现了非共轴模型在有限元分析中的应用。首先,对砂土的单剪试验进行数值模拟,预测了主应力方向和主应变率方向之间的关系,所得结论与试验结果较为吻合。然后,针对吸力桶与砂质地基间的相互作用问题进行弹塑性有限元计算,分析了土体主应力方向在剪切变形过程中的旋转规律,以及桶体的端部阻力、侧壁摩擦阻力和顶部阻力在变形过程中的变化规律。最后,检验了非共轴现象对地基承载力计算结果的影响。研究结果表明,所开发的非共轴模型对非共轴现象具有良好的预测能力。     

一种改进的水合物沉积物弹塑性损伤本构模型

为了全面考虑水合物对沉积物的力学影响,提出了一个改进的水合物沉积物弹塑性损伤本构模型。首先通过分析水合物在沉积物中的存在形式,认为沉积物的力学特性是水合物胶结以及密实两种作用共同影响的结果;然后在弹塑性损伤理论框架内,引入状态相关砂土本构模型来描述水合物填充的影响,从而建立一个能反映体变特性和围压影响的水合物沉积物本构模型;最后,利用已有试验结果对模型进行了验证。此成果可为将来的水合物开采提供参考。     

基于Mohr-Coulomb准则的黏弹-塑性海冰动力学本构模型

针对中小尺度下海冰动力作用过程中的漂移、重叠和堆积特征,在连续介质力学基础上建立了一个黏弹塑性海冰动力学本构模型.该模型主要包括四部分,即海冰在屈服前的Kelvin Vogit黏弹模型、海冰塑性屈服的Mohr Coulomb准则、屈服后相关联的正交流动法则和影响海冰强度的静水压力.采用黏弹塑性本构模型对规则海域内的海冰堆积过程进行了数值试验,其结果与传统黏塑性模型、改进的黏塑性模型和经典冰坝理论的解析解相符,可合理地模拟海冰堆积的动力过程.为进一步检验该黏弹塑性本构模型的适用性,对渤海海冰的动力过程进行了48h的数值模拟,计算结果与海冰卫星遥感现场观测资料一致.通过与传统的黏塑性和改进的黏塑性模型结果的对比分析,进一步验证了黏弹塑性模型在中小尺度海冰动力学模拟中的可靠性.在以上海冰堆积的数值试验和渤海海冰动力学模拟中均采用了光滑质点流体动力学(SPH)方法.     

基于参考压缩线的砂土压缩模型

等向压缩线不唯一及V-lgp空间内非线性变化是砂土压缩模型构建过程中存在的两大问题.通过分析砂土的等向压缩曲线变化特征,结合其力学特性提出了与临界状态线在0点相交并与其它等向压缩线在高压下相互汇聚的等向压缩线作为参考压缩线.采用ln(V-Vmin)-(p/pa)ξ空间内线性函数来描述参考压缩线与临界状态线.利用当前体积...     

膨胀式自应力灌浆卡箍灌浆本构关系模型的研究

膨胀式自应力灌浆卡箍是一种典型的钢/灌浆组合结构,由于膨胀受限灌浆处于三向受压状态,在这种结构的强度校核中采用合适的灌浆本构模型是影响设计结果的重要因素。采用ABAQUS建模这种卡箍,构筑了三种灌浆本构关系模型,主要测试了莫尔库仑模型和塑性损伤模型的相关材料参数,然后通过一个节点灌浆卡箍的设计算例,比较和分析了三种灌浆本构模型的计算结果。仿真分析发现对于卡箍的灌浆强度校核,线弹性模型最保守,容易校核不合格,而塑性损伤模型最不保守。建议采用能反映灌浆的压碎和开裂行为的塑性损伤模型作为膨胀式灌浆卡箍强度校核分析的本构关系。研究结果可以为自应力灌浆卡箍的有限元强度校核方法提供有益的借鉴和指导。     

天然气水合物沉积物力学性质测试与评价

储层力学参数的评价及预测是天然气水合物安全高效开发的关键。笔者从力学试验、本构模型以及离散元数值模拟等方面介绍了含水合物沉积物力学性质测试及数值计算研究新进展,分析总结了力学参数评价及预测的主要方法及其特点,探究了目前含水合物储层力学性质测试及评价研究存在的问题及其主要原因。为了更好的解决相关工程技术问题,笔者建议通过结合室内试验与数值模拟的方法对水合物储层力学特性及破坏机制进行分析,针对不同工况条件及储层特征建立更加准确的力学参数计算模型。     

含水合物粉细砂的三轴试验及模拟

利用水饱和法制备含天然气水合物试样,进行等向压缩试验和不排水三轴试验.采用天然气水合物临界状态(M HCS)模型同时预测排水条件和不排水条件下的三轴试验,并进行变动参数分析.不排水条件下,密实纯砂发生应变硬化,而相近密实度的含水合物试样出现应变软化,峰值偏应力随水合物饱和度和围压增大.通过与排水和不排水三轴试验结果的对...     

大鹏湾夜光藻种群密度变化率动态模型研究

以１９９０年３月３０日－１９９０年６月１０日期间在大鹏湾每隔２ｄ采样一次的数据为基础，另参考黄伟建等（１９９２，１９９３，１９９５）、Ｈｕａｎｇ等（１９９２）和齐雨藻等（１９９１）的研究结果，研究建立大鹏湾夜光藻种群密度变化率动态模型。结果表明，夜光藻种群密度变化率与其自身后期密度、可溶性无机磷浓度、温度、可溶性无机氮浓度有关；以变分方式对夜光藻种群密度变化率动态模型进行辨识，从而建立３个站位６个     

胶州湾海洋生态系统动态量化模型及其行为特征分析与调控对策

作者根据渔获量99.5%的53种主要经济鱼类数千个消化道样品的分析结果,及1980-1992年的调查资料进行综合分析,将胶州湾增养殖生态系统划分为6个子系统(分室或分箱),把浮游植物及沉积物中的有机质作为系统的输入。从12年调查资料来看,1981年1-12月份逐月资料最完整,且同步性最好。根据这些资料,作者对各分室建立灰微分模型,并量化子系统的动态趋势(各状态变量的单位为g/㎡)。各分室状态方程运用Laplace变换,求得各环节的传递函数,综合各环节(子系统)可得生态系统动态模型。 用根平面法及劳斯判断准则分析了生态系统的行为特征,结果表明,胶州湾生态系统不稳定,且具有发展特征,这种状态除来自群落结构的自身变化外,主要与捕捞过度及水质污染等周边人类活动有关。本文讨论了生态学上的前缘问题,如稳定与不稳定、平衡与不平衡,并结合以Odum-margalef为代表的类整体论模式,对生态系统的发展特性作了定量的分析,提出了调控对策。     

A viscoelastic-plastic constitutive model with Mohr-Coulomb yielding criterion for sea ice dynamics

A new viscoelastic-plastic （VEP） constitutive model for sea ice dynamics was developed based on continuum mechanics. This model consists of four components： Kelvin-Vogit viscoelastic model, Mohr-Coulomb yielding criterion, associated normality flow rule for plastic rehololgy, and hydrostatic pressure. The numerical simulations for ice motion in an idealized rectangular basin were made using smoothed particle hydrodynamics （SPH） method, and compared with the analytical solution as well as those based on the modified viscous plastic（VP） model and static ice jam theory. These simulations show that the new VEP model can simulate ice dynamics accurately. The new constitutive model was further applied to simulate ice dynamics of the Bohai Sea and compared with the traditional VP, and modified VP models. The results of the VEP model are compared better with the satellite remote images, and the simulated ice conditions in the JZ20-2 oil platform area were more reasonable.     

A statistical damage constitutive model based on unified strength theory for embankment rocks

Abstract

Fluctuant marine and reservoir water levels are the main failure-inducing factors for embankment slopes. The soft embankment rocks, e.g., red-bed mudstone, eroded by the reservoir water level in the Three Gorges Reservoir area greatly influence the stability of the embankment slopes. In this study, unified strength theory was innovatively applied for damage evaluation and combined with the Weibull distribution to obtain the strength statistics of micro units. Additionally, one damage constitutive model and one damage evolution model considering the initial damage, strain softening and damage weakening were proposed. Then, a series of tests, e.g., modified cyclic wetting and drying test, triaxial compression test and modified numerical simulation test for reservoir embankment red-bed mudstone, were conducted to verify the feasibility of the proposed models. In addition, grey system theory was originally used to evaluate the effects of the Weibull distribution parameters (m and w) and the confining stress on the peak stress. Finally, the proposed model was tentatively applied to the modification of the limit failure height model of the bedded rock slopes. The verification implies that the proposed model results are consistent with the testing results, especially in the simulation of compaction, elastic deformation and strain softening and in the prediction of peak strength. The results from grey system theory analysis indicate that the micro unit strength parameter (w) has the most obvious effect on the strength. Moreover, the modified method based on the damage evolution model for calculating the limit failure height of the bedded rock slopes is conservative.     

动力定位系统的控制方程及模型试验

动力定位系统（ＤＰＳ）是开发深海的一种较为有效的海上开发系统。由于ＤＰＳ是一个较为复杂的系统,在进行模型试验时,每个Ｚ型螺旋桨都设有计算机芯片以及遥控装置,用以接收ＰＩＤ系统发出的指令,为模型试验的模拟也带来了一定困难。本文讨论了动力定位系统的数学模型,模型试验中推力的分配及控制方程和试验中的一些要求。     

整体拼装双向预应力板结构试验研究

高桩结构是码头工程普遍采用的一种结构形式,多年来,码头上部结构耐久性受到挑战,对新型的整体拼装双向预应力板结构进行了模型试验研究,结果显示所提出的设计方案、施工工艺和方法是可行和可靠的,并提出了混凝土结构模型试验的相似准则,从而可根据模型试验所得的荷载能力来估算原型结构荷载能力的方法。     

海冰动力学的混合拉格朗日-欧拉数值方法

综合考虑欧拉坐标下有限差分法(FDM)在海冰动力学计算中的效率,以及拉格朗日坐标下光滑质点流体动力学方法(SPH)对海冰流变行为的精确模拟,本文发展了一种海冰动力学的混合拉格朗日-欧拉(HLE)数值方法。该方法首先在拉格朗日坐标下将海冰离散为若干个具有厚度、密集度的海冰质点,并由这些海冰质点通过Gauss函数对欧拉网格上的海冰参量进行积分插值;然后,在欧拉坐标下对海冰动量方程进行差分计算以确定各网格节点的海冰速度,并由此采用Gauss函数积分插值出拉格朗日坐标下各海冰质点的速度分布;最后,通过对海冰质点运动和分布的计算,确定出各海冰质点的位置、厚度和密集度等参量。采用该HLE方法对规则区域内的海冰堆积过程和涡动风场作用下的海冰动力演化趋势进行了数值试验;最后,采用该HLE方法对渤海海冰的动力过程进行了72h数值模拟,其计算结果与卫星遥感图像和现场观测资料吻合较好。以上计算结果均表明该HLE方法在海冰动力学数值模拟中具有较高的计算效率和模拟精度,可用于海冰动力过程的数值模拟。