非局部非弹性损伤本构模型在混凝土材料中的应用

利用非局部非弹性损伤本构模型分析了混凝土材料在典型受力状态下的应力一应变关系及外载－位移关系，并与实验结果进行了比较，证明了该本构模型在混凝土材料应用中的可行性。     

约束混凝土单轴弹塑性损伤本构模型

该文通过采用混凝土三维弹塑性损伤模型和弧长法分析了钢筋混凝土单轴压缩过程中箍筋对混凝土的约束作用,得到了约束混凝土单轴抗压强度和延性增大系数。基于连续介质损伤力学的基本框架,引入约束混凝土强度和延性增大系数,建立了混凝土单轴弹塑性损伤本构模型。验证表明：该文模型符合热动力基本方程,可较好地反映约束混凝土强度和延性增大、强度软化、刚度退化、塑性变形、裂面效应、等力学特性;模型参数与中国现行《混凝土结构设计规范》推荐的模型完全相同,易于工程应用。将该文模型与纤维束形式的Timoshenko梁单元相结合,在自主研发的结构非线性分析软件SAUSAGE中完成开发实现。利用SAUSAGE完成了某钢筋混凝土框架结构的大震动力非线性分析,结果表明：箍筋约束作用可以有效抑制梁、柱构件的非线性发展,影响了结构最大层间位移角和最大层间剪力等宏观指标。     

反映阻尼影响的混凝土弹塑性损伤本构模型

通过引入有效阻尼应力和阻尼应力,提出了一种基于损伤的阻尼模型,并与混凝土弹塑性损伤本构模型相结合,建议了一类可以直接在材料层次考虑阻尼耗能影响的弹塑性损伤本构模型。当材料处于线弹性阶段,该阻尼模型退化为经典的Rayleigh刚度比例阻尼;同时,还可以描述材料非线性阶段损伤演化引起的耗能能力降低、裂缝闭合后耗能能力(部分)恢复等典型的非线性结构阻尼行为。利用建议的本构模型,通过HHT-α方法可以将结构的动力非线性分析转化为常规的无阻尼结构动力学问题来处理,十分方便有限元方法实现。对Koyna大坝的地震动时程分析结果表明了建议模型及其数值算法的有效性,可以应用于混凝土结构的非线性动力反应分析。     

两类弹塑性本构模型的有限元法分析

本文应用有限元法研究了各向等压固结弹塑性剑桥模型（ＣＣ、ＭＣＣ）及向向不等压固结弹性模型（ＡＭＣＣ）的特性，分析了三轴试验（ＣＡＵ、ＣＩＵ）中破坏及其孔隙压力系数、不排水剪归一化强度的区别，以及正常固结、超固结地基的际载力问题。     

纤维增强复合材料本构模型研究进展

本文对纤维增强复合材料的本构模型最新研究成果进行简要阐述和归纳,并结合实例进行了相关数值模拟计算。文中阐述的复合材料为纤维增强树脂复合材料、纤维增强金属基复合材料和纤维编织复合材料。目前,关于纤维增强金属基复合材料的研究较少,大多数研究集中在纤维增强树脂复合材料和纤维编织复合材料。许多学者在经典弹性本构模型和连续介质力学基础上,推导出了一些弹塑性、粘弹性和考虑损伤的非线性本构模型。通过实例计算结果表明,考虑损伤导致刚度退化的复合材料弹塑性本构模型计算得到的拉伸应力应变曲线与测试结果基本一致。本文通过对复合材料本构模型的最新研究成果的归纳和数值模拟实例计算,为后续研究工作提供借鉴,推动其在实际工程中的应用。     

混凝土确定性及随机性损伤本构模型研究进展

混凝土损伤本构模型的建立对表征混凝土力学行为与认识其本质至关重要。从确定性与随机性两个层面梳理了国内外混凝土损伤本构模型的研究历史和最新进展情况,针对不同模型的损伤定义方式、损伤演化规律、损伤物理机制等进行探讨,通过对比分析总结了混凝土材料的非线性、随机性和动力荷载下的率敏感性等特征,提出发展混凝土损伤本构模型的关键问题,为建立更完善的混凝土损伤本构模型提供参考。     

基于广义Hoek-Brown准则的弹塑性本构模型及其数值实现

Hoek-Brown强度准则在岩石及岩体工程中得到了广泛的应用,而目前基于该准则建立起的弹塑性本构模型在理论上还存在着一些不足;考虑到不同围压条件下的岩石材料塑性形变发展特征,提出了基于分段隐式修正塑性势的塑性流动法则,解决了其它基于广义H-B准则所建立的本构模型中塑性流动方向不连续及需额外引入参数等问题;采用基于误差控制的改进欧拉中点积分算法,对该本构模型进行了数值实现并给出了单积分点层次的结果验证;进一步将成果嵌入到了同济曙光岩土工程三维数值平台(GeoFBA3D)当中,并给出了一类经典弹塑性力学问题的计算结果验证以及其在隧道工程中的典型应用算例。     

基于能量的弹塑性损伤实用本构模型

建立一个实用的弹塑性损伤本构模型。在有效应力空间采用经验公式计算塑性变形,能将模型塑性部分与损伤部分解耦,降低模型的数值处理复杂性,同时大大简化模型塑性应变的计算。结合不可逆热力学理论,基于损伤能量释放率建立损伤准则,损伤能量释放率由修正后的弹性Helmholtz自由能导出,模型中将弹性Helmholtz自由能分解为应力球量部分和应力偏量部分,将其应力球量部分产生的损伤取为零,同时根据应力状态引入折减系数对其应力偏量部分进行修正,使得模型能较为准确的模拟混凝土材料在双轴加载下的本构行为。将应力张量谱分解为正、负两部分以分别定义材料受拉、受压损伤演化,并采用受拉损伤变量、受压损伤变量分别模拟混凝土材料在拉、压加载下的本构特性。引入一个加权损伤变量使得模型能较准确的反映混凝土材料的“拉-压软化效应”。最后该文给出初步试验验证,证明了该文模型的有效性。     

混凝土随机损伤本构模型研究新进展

综述了混凝土微观损伤机理与随机损伤本构模型研究现状,介绍了本课题组在混凝土随机损伤本构模型方面取得的研究进展：进行了考虑mode-II微裂缝的微观损伤机理分析,提出并验证了混凝土随机损伤本构模型——束-链模型,发展了测定多轴受压混凝土损伤变量的X-射线CT方法。最后,得到了相关研究结论。     

水泥加固土的弹塑性损伤模型

水泥加固土作为一种弹塑性介质,但很难用通常的弹塑性模型来描述。本文通过对水泥加固土的损伤试验得到的一系列损伤关系曲线的分析,分别推导建立了水泥加固土的弹性与损伤、塑性与损伤本构关系并首次建立了水泥加固土的弹塑性损伤模型。通过与损伤试验结果的对比,证明了本文所建立的水泥加固土的弹塑性损伤模型是合理的。     

关于多孔材料的新模型

指出了多孔材料的经典性模型-Gibson-Ashby模型的不足,如孔隙单元非密积、棱柱状态不等价等,提出了一个能弥补Gibson-Ashby模型这些不足的新模型．应用这个新模型,可获得与实验结果符合良好的三维网状泡沫材料电阻率关系和力学关系的表征．实验结果证明,应用于多孔材料时,由新模型所得的有关数理关系明显优于Gibson-Ashby模型。     

混凝土正交各向异性动态损伤本构模型研究

为建立混凝土的正交各向异性动态损伤本构,首先采用动力放大系数的形式考虑材料的应变率效应,然后基于Sidoroff能量等价原理,建立动态条件下单元体的损伤刚度矩阵。同时在损伤演化模型中,采用Mazars损伤模型描述主轴方向的损伤变量。另外采用适用于正交各向异性的Hoffman屈服破坏准则,并考虑损伤及动力放大系数对强度的修正。以建筑结构受爆破震动荷载作用的实验资料,对本模型进行了验证     

在短脉冲激光作用下薄膜的损伤机制

计算了不同材料的能带带隙、初始电子密度、激光波长和激光脉宽等参效对薄膜的抗激光损伤闭值的影响,研究了在不同脉冲宽度激光作用下多光子离化和雪崩离化两种损伤机制的竞争．结果表明,在以平均电子能量不变为特征的雪崩电离的建立期间,光电离速度影响初始电子的浓度,从而影响雪崩电离和光电离之间的竞争．激光脉冲的宽度越大,雪崩电离对电子发展的贡献越大,而多光子离化的贡献越小．     

Large strain constitutive modelling and computation for isotropic,creep elastoplastic damage solids

A three-dimensional fully coupled creep elastoplastic damage model at finite strain for isotropic non-linear material is developed. The model is based on the thermodynamics of an irreversible process and the internal state variable theory. A hyperelastic form of stress–strain constitutive relation in conjunction with the multiplicative decomposition of the deformation gradient into elastic and inelastic parts is employed. The pressure-dependent plasticity with strain hardening and the damage model with two damage internal variables are particularly considered. The rounding of stress–strain curves appearing in cycling loading is reproduced by introduction of the creep mechanism into the model. A numerical integration procedure for the coupled constitutive equations with three hierarchical phases is proposed. A consistent tangent matrix with consideration of the fully coupled effects at finite strain is derived. Numerical examples are tested to demonstrate the capability and performance of the present model at large strain.     

基于率无关晶体塑性模型的深冲制耳分析

基于晶体塑性变形的滑移机理和微观硬化机制,建立了相应的运动学描述和基于率无关的晶体本构方程.将"连续积分方法"首次应用到大变形弹塑性有限元分析中,使得晶体塑性模型能够区分出不同滑移系上分解剪切应力及相应产生的剪切应变,更好地反映金属材料塑性变形的微观特性.将取向空间中的晶体取向分配给各个单元的积分点,对具有不同初始织构的板材进行模拟,预测制耳的大小和方位.单一的{100}<001>织构将形成0°/90°方位的制耳,{123}<634>织构则形成45°方位的制耳;铝板经过退火处理后,由于多种织构组分的相互制衡,冲杯不具有明显的制耳现象.     

含损伤复合材料的湿热弹性响应

依据不可逆热力学理论, 未引入任何附加假设, 建立了湿热弹性各向异性损伤复合材料的一般理论。应用建立损伤本构方程的本构泛函展开法, 推导出湿热弹性损伤材料全部本构方程的一般形式, 其中包括比自由能密度表达式、 应力-应变关系、 熵密度方程、 损伤应变能释放率表达式、 吸湿对偶力表达式、 湿-热-固-损伤耦合的热传导方程和损伤演化方程。研究表明, 在本构方程中含有若干损伤效应函数, 表征损伤对材料宏观力学性能与湿、 热性能的影响, 其具体形式可由细观力学解确定, 从而使连续损伤力学与细观损伤力学有机结合在一起。最后, 从细观力学与实验观测两个角度, 举例说明损伤效应函数与系数张量的确定方法, 为分析变温变湿环境下复合材料的损伤问题提供重要的理论依据。      

振动场作用下聚合物的新型动态塑化熔融模型

将振动场引入聚合物塑化挤出的全过程,建立了振动挤出机的聚合物动态解析熔融模型．振动场的引入使挤出机的熔融塑化能力得到了很大的提高,熔融段的长度随着振动频率和振幅的增大而减少．在该模型中,随着熔融过程的进行,熔体的厚度缓慢增加,而固体床缓慢减少,直到聚合物熔体填满整个螺槽横截面;在稳定情况下,熔融段的长度不变,聚合物颗粒进入料筒的速度与挤出机的熔融速度以及产量相等．但是,当熔融段的长度达到某一稳定值后,再增大振幅或频率,熔融段的长度不再发生明显的变化．用该模型能很好地预测振动挤出机的成型参数,得到优化条件．将计算值与实验值比较验证了各振动参数（振幅和频率）对振动挤出机塑化熔融能力的影响．     

A probabilistic nonlocal model for crack initiation and propagation in heterogeneous brittle materials

A probabilistic damage model is developed to study crack initiation and growth in quasi‐brittle materials. Two different thresholds are considered to describe these mechanisms. A Weibull model is used to account for the randomness of crack initiation(s) and then a fracture mechanics based threshold is considered to model crack propagation. The model is integrated in a finite element code via a nonlocal damage approach. A regularization operator based on a stress regularization is introduced. Both damage thresholds are checked using the ‘regularized’ stress field to avoid mesh dependence. The interaction between propagating cracks and potential initiation sites is accounted for. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

CSP变形过程中碳化铌析出的动力学模型

本文在经典形核和长大理论模型的基础上,建立了适用于薄板坯连铸连轧(CSP)变形过程中NbC析出的动力学模型.该模型考虑了不同扩散速率原子的质量守恒、软撞击及毛细管效应,并假设碳化物主要在位错上析出,位错密度按照Atsuhiko模型计算.计算结果表明,在不发生软化行为的情况下,按照某实际CSP生产线生产工艺六道次变形后,Fe-0.046Nb-0.053C%(质量分数)钢的平均位错密度为3×1013m-2,开轧2 s后NbC开始析出.随着轧制过程的进行,NbC的最大半径逐渐增大,六道次轧制后最大半径为57 nm.随着轧制过程的进行、变形量的增大以及温度的降低,NbC的平均半径逐渐增大.轧制完成的瞬时钢中析出的NbC粒子的平均半径为27 nm,体积分数为0.0011%,后者远低于对应的平衡体积分数0.0496%.