非共轴特性对岩土材料应变局部化行为影响的数值研究

岩土材料的各向异性特征使其在主应力旋转的加载条件下出现主应力和主塑性应变率不共轴的现象,而传统的塑性流动理论默认两者是共轴的,导致无法正确预测应变局部化分叉的开始。另外,基于经典连续体理论的传统本构模型在模拟应变局部化边值问题时,由于没有任何内部长度参数,导致无法反映剪切带的宽度及发展演化。为此,本文建立了一个基于微极理论的非共轴弹塑性本构模型,研究岩土材料非共轴特性对剪切带的萌生、宽度和演化的影响,并与基于经典连续体理论的结果进行比较。发现基于微极理论的非共轴弹塑性模型不仅能够准确预测剪切带的萌生,而且能够很好地描述非共轴特性对剪切带宽度的影响。     

应变局部化捕捉的自适应有限单元法

首先给出了自适应有限单元法基本分析框架,推导了岩土材料在平面应变情况下不连续分叉条件及分叉方向的解析解,建立了应变局部化发生发展准则．接着基于自适应技术与分叉理论,构建了捕捉应变局部化带的弹粘塑性自适应有限单元法完整体系,利用面向对象技术开发了相应的可视化集成软件系统．最后通过一个边坡算例考核了该方法与软件的合理性．分析结果表明,该软件系统能够准确快速捕捉应变局部化带最初发生方位,克服了网格依赖性问题,为后续应变局部化带行为模拟与局部化带扩展追踪奠定了基础．     

关于非线性非局部应变梯度模型的探讨

考虑线性软化模型不能反映材料软化变形复杂性的不足,选取高斯正态分布函数作为非局部理论的权函数,同时采用指数型应力衰减模式考虑软化的非线性特征,进一步地将这种非线性非局部理论与采用Laplace算子考虑塑性应变梯度效应的塑性梯度理论相结合,建议了一种非线性非局部应变梯度模型,并据此针对各向同性单向拉伸杆的力学响应进行了分析,将计算结果与线性软化模型进行了对比.结果表明:在非线性软化模型中,尽管塑性应变分布形式与线性软化模型的相同,但塑性应变同时依赖于应力降与破坏极限应变,两者最大应变是不同的.     

混凝土应变软化与局部化的数值模拟

在细观层次上将混凝土看作是一种由粗骨料、砂浆和它们间的粘结带组成的三相复合材料,根据蒙特卡罗随机抽样原理,在计算机上随机生成了碎石骨料的混凝土随机骨料结构,建立了正交各向异性损伤本构方程,提出了适合细观有限元分析的强度与韧性综合破坏准则以及优先开裂原理,利用中模型和方法,数值模拟了混凝土单轴受拉试件的细观破坏过程,逼真地阐明了名的应变软化与局部化现象,说明了混凝土细观有限元分析是一种研究混凝土基本特性的行之有效的数值分析方法。     

多孔介质动力应变局部化分析的梯度塑性模型

针对数值结果的网络依赖性在多孔介质动力渗流应变局部化有限元分析中同样存在的这一问题进行了讨论。采用梯度塑性模型对该问题进行处理,推导并给出模型所对应的内长度比例参数,对于数值求解,建立了用于软化问题分析二次规划算法,一维模型的数值结果证明了所提出的理论及算法。     

基于扰动状态概念的颗粒材料应变局部化行为模拟

基于经典连续体的Duncan-Chang模型缺少用于表征材料破坏程度的参数及与应变局部化带宽相关的特征长度,且无法反映材料的软化特性.为此,基于扰动状态概念,引入Cosserat连续体理论作为正则化机制,以Duncan-Chang模型描述相对完整状态下材料的响应,以临界状态模型描述完全调整状态下材料的力学行为,并分别基于常规三轴试验曲线与体积应变阈值、形状改变能极限状态概念提出两种扰动因子演化方式.利用数值算例考察了扰动对材料承载力、应变局部化行为的影响.模拟结果表明:两种演化方式均能描述材料的软化特性,第二种方式在预测剪破角变化规律方面更为合理;所发展的扰动状态模型在模拟应变局部化问题时可以在一定程度上消除对有限元网格密度的敏感性.     

煤岩截割破坏的变形局部化理论

应变强烈集中在剪切带内部的现象称之为应变局部化现象，应变局部化的位置就是破坏的位置，通过研究发现煤岩截割过程是典型的变形局部化过程，采用数值方法研究了煤岩局部化变形过程，采用白光数字散斑相关方法研究了煤岩截割过程，并采用MATLAB进行数据处理，得到每一加载步的最大剪应变图，发现了变形过程的局部化现象，进而提出了煤岩截割的变形局部化理论。     

岩石单轴压缩应变梯度损伤模型局部化带宽

采用基于各向同性应变梯度损伤模型，在平衡方程中引入高阶应力项和损伤内变量，对单轴压缩作用下岩石变形局部化进行了研究，得到了单轴压缩作用下岩石变形局部化带宽度的一维解析解，给出了岩石试件局部化带的宽度公式，对岩石变形局部化带宽度与损伤内变量的关系进行了分析，为实验测定内部材料长度参数提供了理论依据。岩石试件局部化带的宽度不仅与材料的内部长度参数有关，而且还与损伤内变量（材料的脆塑性）有关。对于塑性材料，局部化带宽度就大；对于脆性材料，局部化带宽度就小。     

基于应变模态的自带冠叶盘结构振动局部化问题

目前循环周期结构振动局部化问题的研究多采用位移模态,应变模态鲜见用于相关研究。因此,基于自带冠叶盘结构有限元模型,提出将应变模态用于振动局部化问题研究的设想,对比分析了应变模态和位移模态在衡量失谐叶盘结构振动局部化时的效果。研究发现,与位移模态相比,基于应变模态的振动局部化尤其是振动响应局部化对刚度失谐更敏感;同一阶次的应变模态振型和位移模态振型不完全相同。研究结果对含减振结构循环周期系统的设计有重要理论意义。     

脆性颗粒材料的超弹性软化模型及应变局部化模拟

在Volokh软化模型的基础上,考虑颗粒材料的变形和破坏机制,认为颗粒材料以剪切变形和破坏为主,提出了表示软化程度的软化因子概念,发展了两种能够部分表征颗粒材料力学行为特征的软化模式,并基于ABAQUS用户材料子程序(UMAT)开发相应程序.数值算例考察了上述模型模拟颗粒材料应变局部化现象和软化现象的能力.结果表明了所建议模型的有效性和可行性.     

沥青混凝土局部应变模型及其数值分析

论述了沥青混凝土材料由于应力、加载时间及温度变化所引起的应变局部化问题,在动态塑性理论的基础上,提出了相关连续动态塑性理论模型以及模拟沥青混凝土材料变形破坏的新方法,并编制了相应的有限元程序·用该模型模拟分析了沥青混凝土(典型的相关率材料)受力破坏过程·由于模型考虑了应变率的相关性,模型具有非网格依赖性·对半弯曲模型的数值试验(SCB)结果表明沥青混凝土(典型的应变相关率材料)破坏过程中存在着应变局部化问题·模型能较好地模拟局部破坏的形成过程·     

FLAC^3D在岩石变形局部化数值模拟中的应用

采用FLAC^3D，对试样的尺寸效应、二块体地震模型、五块体地震模型和厚壁圆筒模型进行了变形局部化数值模拟研究。所获得的模拟结果是合理的，可以在一定程度上解释自然灾害中的变形局部化形象。     

建立在损伤应变空间的岩体破坏准则

根据岩体损伤变形过程的耗能分析，以及岩石和岩体模型的损伤，破坏试验结果，在损伤应变空间建立了一个岩体破坏准则，可方便地用于岩体强度及破坏的预测，而不需附加设定，该准则既适用于脆弹性岩石，也适用于弹塑性岩体，而且对加载和卸过程同样有效。     

比应变能密度准则的实验验证

对预测复合材料裂纹扩展方向的比应变能密度准则的正确性作了进一步实验验证。采用了云纹干涉术和普通照相法这两种试验方法。试验材料为3种不同增强结构的玻璃钢,它们具有不同程度的各向异性性质。测试结果同准则的预测结果符合较好。     

岩石类材料损伤局部化分叉

为获得弹塑性变形时破坏失稳的损伤效应,假定岩石类材料各向同性损伤,将损伤变量与加卸载函数引入不连续分叉方法,考虑损伤时的刚度退化和体积扩容,推导出材料损伤失稳时的最大硬化模量和局部化方向角及其与损伤程度和初始泊松比的关系,在平面应力与应变条件下对单轴拉伸压缩试件的分叉失稳进行对比分析.结果表明:局部化方向角与最大硬化模量依赖于材料的初始泊松比与损伤程度;平面应力或应变时,拉伸与压缩得到的局部化方位角之和为90°,最大硬化模量可分为平面应力与应变条件两种,与单轴拉伸或压缩条件无关.     

土的室内平面应变试验的颗粒流模拟

作为颗粒理论实际应用的前期可行性研究，针对具有凝聚力和无凝聚力的两类典型的内摩擦地质材料粘性土与砂土进行了材料试样室内平面应变试验结果的颗粒流PFC^2D仿真。对比研究表明利用颗粒流理论所建立起来的PFC^2D数值仿真试验模型是能通过改变计算模型中颗粒单元的性质，以及颗粒集合体的级配特征等给出与真实材料土工试验类似的本构行为的。这种可行性最根本的意义在于基于颗粒流理论的数值仿真试验能够突破常规土工试验在仪器设备能力及试验条件上的局限性，对实验土样的本构行为作出理论方面的某种预测。此外针对颗粒流仿真试样的细观力学特征与物理试样宏观力学响应之间的关系进行了参数研究，并揭示了一些规律。这些工作对颗粒流理论在岩土工程实际应用方面的研究和开发有一定的参考价值。