基于分数阶导数的软土非线性流变本构模型

基于分数阶导数理论构建了新的五元件非线性流变本构模型,给出了该模型的理论解,利用该模型对不同应力水平条件下的香港海相软土和上海淤泥质黏土的试验结果进行了拟合分析.研究结果表明,在低应力条件下,串联的变系数黏壶关闭,模型能够更加精确地描述软土的瞬时蠕变、衰减蠕变和稳态蠕变特性;在高应力条件下,变系数黏壶元件参与工作,模型能够较好地描述软土的加速蠕变特性.并且模型参数较少,确定方法简单,具有较为广泛的适用性.     

基于分数阶导数的盐岩流变本构模型

盐岩流变特性的研究对诸多地下工程如战略能源储备、CO2封存、高放废物处置等具有十分重要的意义.本文从分数阶导数出发,在常黏性系数Abel黏壶基础上,提出了一种新的变黏性系数的Abel黏壶元件.通过将分数阶Abel黏壶代替经典西原模型中Newton黏壶的方法,构建了基于分数阶导数的盐岩流变本构模型,并给出了流变本构模型的解析解.论文进一步应用程控流变仪进行了湖北江汉油田王储1井盐岩试件的单轴流变实验,基于盐岩流变实验数据,对分阶导数流变本构模型的参数进行了拟合分析,确定了模型中的参数.论文还进行了分数阶流变模型中的参数敏感性分析,揭示了应力水平、分数阶导数阶数、黏性系数对流变应变的影响规律,并验证了分数阶流变本构模型在特殊条件下可退化为经典西原模型.研究发现,本文提出的分数阶流变本构模型可以更好反映盐岩流变的三阶段尤其是加速流变阶段.     

分数阶粘弹性积分本构模型

以整数阶微积分和Boltzmann迭加原理分析粘弹性积分模型的方法,引进Jumarier微积分定义和Riemann - Liouville微积分定义,建立蠕变积分本构模型和松弛本构模型,从而补充只有分数阶导数描述粘弹性理论而没有分数阶积分描述粘弹性的理论,使得分数阶微积分描述粘弹性的理论更加全面.     

基于分数导数的橡胶材料两种粘弹性本构模型

分数导数模型能涵盖标准机械模型,并能够比较精确地描述粘弹性材料本构关系。该文对一种橡胶材料进行了不同温度和不同应变幅值下的频率扫描实验,得到了橡胶材料的储能模量、损耗模量和损耗因子随频率的变化情况。分别采用分数阶Kelvin-Voigt模型和高阶分数导数FVMP模型(fraction Voigt and Maxwell model in parallel)预测该材料的频率响应曲线,对橡胶材料动态力学性能进行评估。与实验结果的对比分析表明:分数阶Kelvin-Voigt模型存在一定的误差,而高阶分数导数FVMP模型能较好地描述该材料在不同温度和不同应变幅值下的动态力学行为。     

基于Sevostianov理论的冻土本构模型

利用Sevostianov夹杂理论及实验成果给出各向同性基体的颗粒夹杂型复合材料的力学、热学性能与夹杂体分布之间的函数关系,即冻土的横观各向同性弹性本构模型;推导出冻土的弹性本构与冰晶体回转对称轴方向及含冰率的解析表达,并拟合了冻土弹性解析表达式中待定参数与温度的函数关系,为冻土的数值计算提供了理论支撑.     

基于塑性理论的湿陷性黄土本构模型

基于塑性理论,推导出湿陷性黄土湿陷变形本构模型,给出其矩阵表达式.基于ADINA分析软件,开发湿陷性黄土湿陷变形本构模型,给出湿陷性黄土湿陷本构模型开发方法及步骤.结合工程案例进行湿陷变形计算和固结分析,并用实测结果与大型非线性有限元软件ADINA模拟值进行比较.结果说明,该湿陷本构模型用于大厚度湿陷性黄土地区的分析和湿陷变形计算是可行的.     

混和硬化Cam模型的本构方程

对修正Cam模型的基本概念进行了分析。根据修正Cam模型的基本理论和岩土类材料的本构描述系统,利用带背应力的弹塑性本构理论推导了混合硬化Cam模型的本构方程,将修正Cam模型转化为混合硬化Cam模型。     

基于Weibull分布的岩石损伤本构模型研究

利用连续损伤理论和统计强度理论,提出了模拟岩石破裂全过程的损伤本构关系,并在此基础上建立了完整的损伤统计本构模型,且在所建立的损伤统计本构模型的四个基本方程中,引入岩石应力应变全过程曲线特征参量,并考虑岩石应力应变全过程曲线的几何条件,解决了传统方法求解本构方程中参数的难点,同时提高了精度.通过与砂岩试件三轴压缩试验实测结果对比,证明模型可以很好地反映岩石的应力-应变关系.图2,参7.     

基于超静定方程的橡胶材料本构模型参数识别

由于橡胶材料具有非线性和大变形特性,使得描述橡胶力学特性的本构模型参数的确定比较烦琐和困难。为了提高橡胶本构模型参数识别的准确性,基于超静定方程求解原理推导出一种新的识别方法。以某橡胶衬套为例,识别的参数应用于有限元分析,对比试验数据,结果表明该识别方法可以准确识别橡胶材料参数,并且精度相对于最小二乘法有了明显改善,显示了超静定识别法的有效性和可靠性。     

基于内状态变量理论的盐渍土本构模型研究

冻结盐渍土的力学行为受盐含量,未冻水含量,围压等多种因素的综合影响.为研究冻结盐渍土的力学行为,基于内状态变量理论,提出一个考虑未冻水含量和围压的双屈服面本构模型.将未冻水含量与围压作为本征变量修正内状态变量理论,从而得到考虑了未冻水含量和围压的Helmholtz自由能.依据得到的Helmholtz自由能,考虑土体的体积变形与剪切变形机制,推导出增量型双屈服面本构模型表达式,并给出了详细的数值计算流程.最后,采用2.5%盐含量冻结盐渍土的常规三轴压缩试验,考虑围压及未冻水含量对土样特性的综合影响对模型进行验证,结果表明模型模拟曲线和试验曲线吻合良好.     

基于损伤理论的混凝土双轴压本构模型

对快速冻融循环作用后的普通混凝土进行双轴压试验研究,测得其双轴压应力-应变关系曲线.根据Weibull统计分布理论和等效应变假定原理,建立基于损伤理论并考虑应力比影响的普通混凝土双轴压本构模型.研究结果表明:该模型可以有效地描述双轴压荷载作用下普通混凝土的本构关系.     

考虑分布结构的土体本构模型

为反映土体分布结构对其变形特性的影响,提出土体分布结构概念,对修正剑桥模型进行了扩展;认为塑性变形的内变量不是单一、固定值,而是在一定区间上遵循统计分布密度函数分布;从而将修正剑桥模型单一尺寸的单个屈服面扩展至尺寸连续的无穷连续屈服面,并建立了一个能描述土体逐渐屈服的本构模型。模型参数有4个,其中3个参数与修正剑桥模型的参数相同,新增了一个参数反映土体分布结构特征。初步验证表明模型能够反映土体逐渐屈服的变形特征。     

基于分数阶微积分的岩石硬性结构面蠕变本构模型

结构面普遍存在于工程岩体中,影响工程安全。对含结构面岩体的蠕变特性及本构模型的研究对揭示岩质边坡蠕变机制及边坡失稳预测具有较大的意义。利用水泥砂浆制作非贯通硬性结构面试样,进行剪切蠕变试验,并对蠕变特性进行分析。将整数阶黏壶元件改进为分数阶微积分软体元件,并替换Kelvin模型中整数阶黏壶元件,同时引入能够模拟结构面加速蠕变过程的非线性黏性元件并将其非定常化,采用元件组合方式,构建基于分数阶微积分的岩石硬性结构面蠕变本构模型。以非贯通硬性结构面和贯通型硬性结构面试样剪切蠕变试验数据为基础,分别对本构模型进行验证并对待定参数进行辨识。结果证明,试验值和预测值之间相关性程度R~2均较高,非贯通硬性结构面和贯通型硬性结构面相关性R~2分别达0.94和0.97,表明该模型能较好地模拟非贯通硬性结构面和贯通型硬性结构面岩体蠕变特性,对揭示岩质边坡蠕变机制和时效演化有重要意义。     

基于试验非拟合混凝土本构方程

目的建立混凝土单轴拉伸和压缩应力-应变方程.方法基于混凝土单轴拉伸和压缩的试验数据,研究应力-应变变化规律,抛弃传统的拟合方法,直接由混凝土基本性能(初始弹性模量、峰值应力、峰值应变和应变软化性态)导出应力-应变方程.结果全程应力-应变方程由强化方程和软化方程给出,在峰值应力之前,强化方程为单调增且二阶导数为负的曲线,与试验结果曲线相符.在峰值应力之后,用不同的软化方程表示试验软化曲线.结论笔者提出的混凝土本构方程与很多实验数据相符,方程中的参数具有明显的力学意义,形式简单,便于理解,能很好的应用于混凝土本构关系的研究中.     

基于粘塑理论的岩石流变本构模型研究

基于热力学框架下的Perzyna粘塑理论,推导了适用于岩石的流变粘弹塑性本构模型,结合砂岩的三轴蠕变试验数据,对推导的本构模型的合理性与正确性进行了验证.结果表明:基于粘塑理论的流变本构模型可以较好地反映岩石的流变力学特性,对室内试验结果拟合得到的相关力学参数可以作为现场岩体流变力学特性评价的参考依据.     

基于广义位势理论的非共轴本构模型验证

基于广义位势理论提出的考虑拟弹性塑性变形的弹塑性模型,把塑性应变增量分解为满足弹性分解准则的拟弹性部分和符合传统塑性理论假设的纯塑性部分,这样得到的塑性应变增量方向不仅与应力状态有关,而且与应力增量相关,为解决土的非共轴性问题提供一种有效的方法。通过单剪试验结果及含主应力轴旋转的土体平面问题数值模拟对模型的合理性进行检验。研究结果表明:本文模型计算结果与试验结果吻合较好,且能够描述单剪试验过程中的非共轴现象;此外,与共轴模型数值模拟结果相比,本文模型能够考虑主应力轴旋转产生的土体塑性变形,计算结果更符合实际。     

基于相的纳晶材料的本构方程

为了对实验观察到的纳晶Cu的高强度、高塑性给予合理的解释,建立了包含2种晶粒的材料模型:最细小晶粒(2 ～ 4nm)和普通纳晶晶粒(20 ～ 100nm).最细小晶粒可以看作普通纳晶晶粒的三晶交组成部分,普通纳晶晶粒由晶界影响区和晶内相组成.接着,分别建立晶界影响区和晶内相变形的本构方程.与文献实验结果进行了对比并获得了一致的结果.详细分析了最细小晶粒对于纳晶材料位错堆积能力和塑性的影响,证明其存在是材料高强度高塑性的成因.     

假塑性流体的本构方程

介绍了幂律方程、埃利斯方程和米特方程,分析了这些方程的基本特点。提出了一个新的假塑性流体的本构方程。