含微裂纹和椭球颗粒介质的强度及本构关系

针对含随机分布微裂纹及椭球颗粒的复合材料，通过考虑椭球颗粒内的本征应变及其与微裂纹的相互作用，利用等效夹杂方法研究了微裂纹损伤对材料有效模量和强度的影响，推导了复合材料的细观应力场及本构关系，并导出了材料破坏的临界条件．     

微孔洞唯象损伤力学模型及其应用

基于微损伤发展的NAG(nucleation and growth)模型,从唯相角度,得到了一种微孔洞损伤演化方程。在考虑损伤软化和温度软化的基础上得到了材料含损伤本构关系。将损伤演化方程和材料本构关系引入ABAQUS有限元软件对D6AC和921两种钢板撞击层裂问题进行数值模拟。模拟结果与实验结果吻合。     

含水合物沉积物三轴剪切试验与损伤统计分析

天然气水合物开采诱发水合物分解,削弱水合物地层强度,可能导致地层滑动和生产平台倒塌等工程地质灾害,对水合物开采安全性构成严重威胁.深入理解含水合物沉积物力学性质并建立合理的本构关系模型是水合物开采安全性评价的前提条件.在自主研发的含水合物沉积物力学性质测试实验装置上,采用饱和水海砂沉积物气体扩散法制备了含水合物沉积物样品,并开展了系列的排水三轴剪切试验,通过时域反射技术实现了样品中水合物饱和度的实时在线测量;基于复合材料的罗伊斯(Reuss)应力串联模型和沃伊特(Voigt)应变并联模型提出了含水合物沉积物等效弹性模量的细观力学混合律模型,结合损伤统计理论和摩尔-库伦破坏准则改进了含水合物沉积物的本构关系模型.结果表明:随着水合物饱和度的增加和有效围压的减小,应力-应变曲线由应变硬化型变为应变软化型,割线模量和峰值强度均随水合物饱和度与有效围压的增加而提高,黏聚力受水合物饱和度影响明显,而内摩擦角基本不变;提出的等效弹性模量细观力学混合律模型与改进的本构关系模型均具有良好的适用性,模型参数少且物理意义明确.      

混凝土静力与动力损伤本构模型研究进展述评

对混凝土材料在静力和动力载荷作用下的损伤本构关系模型进行了评述.梳理了混凝土本构关系研究的历史脉络和逻辑脉络;归纳总结了在混凝土本构关系研究发展过程中具有代表性意义、并且对重大工程建设具有参考意义的若干混凝土静力和动力损伤本构模型.基于对混凝土材料非线性及随机性的理解和诠释,阐述了混凝土静力和动力本构关系研究的发展趋势.      

一个综合模糊裂纹和损伤的混凝土应变软化本构模型

本文研究就变软化材料的本构关系，提出了一个考虑损伤的粘塑性模型，损伤不仅影响材料的临界应力，而且影响材料的粘塑性，为模拟材料的应变软化行为，假设受损混凝土的破坏局部区域由模糊裂纹和损伤所统治，软化模量和局部区域尺度参量依赖于模糊裂纹扩展时释放的断裂能的参变量，用文中提出的模型计算了混凝土单轴压缩时不同应变速率下的瞬时应力应变响应以及等应力长期作用下的徐变，均得到很的结果。     

延性材料动态损伤演化模型研究

从微损伤系统的统计描述出发，应用Ｍｏｒｉ－Ｔａｎａｋａ理论的物理思想，考虑了微孔洞间的相互作用，建立了延性材料动态损伤的统计演化模型。结果能够描述材料在外载作用下的损伤弱化效应。还分析了材料变形中的两种不同的耗散机制，考虑了含损伤的本构关系。将上述模型用于几种材料的层裂过程数值模拟，并与实验结果作了初步比较。     

冷质部件支撑结构中压杆的热过屈曲分析

以圆杆式冷质量支撑结构中的压杆为研究对象,考虑了材料线膨胀系数α随温度非线性变化的特性及材料本构关系的非线性,基于轴线可伸长原理建立了压杆的热过屈曲数学模型;利用打靶法分别分析了材料本构关系取线性模型和非线性模型时的压杆热屈曲过程,并对二者进行了对比。研究结果表明:无论材料本构关系采用线性模型还是非线性模型,当α取常数时临界屈曲温度与柔度无关;而当α随温度非线性变化时,柔度则对临界屈曲温度产生影响;在同一柔度下,考察α对屈曲特性参数的影响规律时材料本构关系的非线性特性不可忽略;在非线性本构关系下线膨胀系数随温度非线性变化时可得到最大轴向载荷、最小横向支座反力、最小轴线总伸长量;较小的横向支座反力可以有效减小支撑结构中心收缩位移,较小的轴线总伸长量可以有效减小压杆周向固定端连接处应力。     

含损伤材料的热粘塑性本构关系和柱壳破裂研究

以含内变量的本构关系理论为基础 ,结合材料损伤演化方程 ,并考虑了温度和损伤对材料参数的影响 ,得到了增量形式的热粘塑性本构关系的普适显式表达式。然后使用Bodner幂函数型粘塑性模型 ,具体推导了其增量形式的热粘塑性本构方程。接着结合在实践中有重要意义的内部爆炸载荷作用下的柱壳破裂问题 ,建立了含损伤热粘塑性柱壳破裂问题的完备方程组 ,使用有限差分方法 ,完成了对问题的数值模拟 ,并对结果进行了分析。计算结果与实验结果符合良好。     

混凝土材料冲击特性的研究

基于混凝土材料强冲击加载下的试验研究，提出了两种损伤型动态本构模型： 损伤型黏弹性本构模型和损伤与塑性耦合的本构模型. 通过模型计算结果与冲击试验结果的 比较可发现，随着冲击速度的提高，混凝土材料内部产生了显著的塑性变形，由此 损伤型黏弹性本构模型的应用就存在一些不足. 而损伤与塑性耦合的本构模型由于考虑了裂 纹扩展引起的材料强度和刚度的弱化，以及微空洞缺陷塌陷引起的塑性变形，因而能更好地 用于模拟强冲击载荷作用下混凝土材料的冲击响应特性.     

冲击载荷下盐岩的力学性能和本构关系研究

利用直径75mm的大尺寸SHPB实验装置开展盐岩的动态压缩性能实验研究,得到了其动态应力应变曲线。分析表明,在冲击压缩载荷作用下,盐岩材料有明显的损伤软化现象和应变率效应。针对实验曲线,通过引入描述材料强度随应变率强化的应变率增强因子和随不可逆变形发展而弱化的损伤因子,提出了含损伤率的相关动态本构模型,拟合得到的本构方程形式比较简单,能够较好地反映盐岩动态实验加载过程的主要特征,具有一定的工程应用价值。     

Quasi-micromechanical constitutive theory for brittle damaged materials under tension

One of fundamental but difficult problems in damage mechanics is the formulation of the effective constitutive relation of microcrack-weakened brittle or quasi-brittle materials under complex loading, especially when microcrack interaction is taken into account. The combination of phenomenological and micromechanical damage mechanics is a promising approach to constructing an applicable damage model with a firm physical foundation. In this paper, a quasi-micromechanical model is presented for simulating the constitutive response of microcrack-weakened materials under complex loading. The microcracking damage is characterized in terms of the orientation domain of microcrack growth (DMG) as well as a scalar microcrack density parameter. The DMG describes the complex damage and its evolution associated with microcrack growth, while the scalar microcrack density factor defining the isotropic magnitude of damage yields an easy calculation of the effects of microcrack interaction on effective elastic moduli. Project supported by the National Natural Science Foundation of China (19891180).     

Microcrack interaction brittle rock subjected to uniaxial tensile loads

A micromechanics-based model is proposed to describe unstable damage evolution in microcrack-weakened brittle rock material. The influence of all microcracks with different sizes and orientations are introduced into the constitutive relation by using the statistical average method. Effects of microcrack interaction on the complete stress–strain relation as well as the localization of damage for microcrack-weakened brittle rock material are analyzed by using effective medium method. Each microcrack is assumed to be embedded in an approximate effective medium that is weakened by uniformly distributed microcracks of the statistically-averaged length depending on the actual damage state. The elastic moduli of the approximate effective medium can be determined by using the dilute distribution method. Micromechanical kinetic equations for stable and unstable growth characterizing the ‘process domains’ of active microcracks are taken into account. These ‘process domains’ together with ‘open microcrack domains’ completely determine the integration domains of ensemble averaged constitutive equations relating macro-strain and macro-stress. Theoretical predictions have shown to be consistent with the experimental results.     

基于声发射特征的充填体损伤演化研究

为探究声发射信号与充填体细观破坏之间的关系,研究声发射特征振铃计数、能率和应力随时间的变化规律,进一步揭示充填体损伤演化过程,进行了全尾砂胶结充填体声发射特性力学实验。基于损伤力学理论并引入有效损伤率,得到基于声发射累积事件率的损伤变量,然后构建了充填体损伤本构方程。研究结果表明,声发射振铃计数和能率在不同受力阶段呈现不同变化,与充填体内部孔隙及裂纹损伤演化过程有密切关系。振铃计数在弹性阶段前期达到最大,屈服阶段逐渐降低至最小;有效损伤率值与理论峰值应力呈负相关;与实验峰值应力相比,理论峰值应力出现于应变较大处;充填体为高损伤介质,当有效损伤率取值趋近于1时,理论模型曲线与实验曲线变化趋势相同,可以较好的描述充填体应力应变关系。     

Constitutive relationship of brittle rock subjected to dynamic uniaxial tensile loads with microcrack interaction effects

A micromechanical model is proposed to describe both stable and unstable damage evolution in microcrack-weakened brittle rock material subjected to dynamic uniaxial tensile loads. The basic idea of the present model is to classify the constitution relationship of rock material subjected to dynamic uniaxial tensile loads into four stages including some of the stages of linear elasticity, pre-peak nonlinear hardening, rapid stress drop, and strain softening, and to investigate their corresponding micromechanical damage mechanisms individually. Special attention is paid to the transition from structure rearrangements on microscale to the macroscopic inelastic strain, to the transition from distribution damage to localization of damage and the transition from homogeneous deformation to localization of deformation. The influence of all microcracks with different sizes and orientations are introduced into the constitutive relation by using the statistical average method. Effects of microcrack interaction on the complete stress-strain relation as well as the localization of damage for microcrack-weakened brittle rock material are analyzed by using effective medium method. Each microcrack is assumed to be embedded in an approximate effective medium that is weakened by uniformly distributed microcracks of the statistically-averaged length depending on the actual damage state. The elastic moduli of the approximate effective medium can be determined by using the dilute distribution method. Micromechanical kinetic equations for stable and unstable growth characterizing the ‘process domains’ of active microcracks are taken into account. These ‘process domains’ together with ‘open microcrack domains’ completely determine the integration domains of ensemble averaged constitutive equations relating macro-strain and macro-stress. Theoretical predictions have shown to consistent with the experimental results.     

M积分与夹杂/缺陷弹性模量的显式关系简

M积分在材料构型力学中表征着缺陷自相似扩展的能量释放率,而有效弹性模量下降量在传统损伤力学中是一个具有内变量属性的损伤参数. 探讨了两者之间的特定关系,以此为材料构型力学与损伤力学搭建桥梁.借助穆斯海里什维利（Muskhelishvili）复势函数方法获取无限大弹性平面含圆形夹杂的弹性场解,根据M 积分的复势函数解析表达式得到M 积分与夹杂弹性模量的显式表达式. 随后通过有限元分析,对含复杂缺陷群的弹塑性材料进行数值模拟,结果表明内部缺陷区域的有效弹性模量下降与M 积分存在着特定关系. 基于此,提出利用材料构型力学中的外变量参数（M 积分）来替代损伤力学中的内变量参数（弹性模量下降量）描述材料的缺陷演化.     

M积分与夹杂/缺陷弹性模量的显式关系

M积分在材料构型力学中表征着缺陷自相似扩展的能量释放率,而有效弹性模量下降量在传统损伤力学中是一个具有内变量属性的损伤参数. 探讨了两者之间的特定关系,以此为材料构型力学与损伤力学搭建桥梁.借助穆斯海里什维利（Muskhelishvili）复势函数方法获取无限大弹性平面含圆形夹杂的弹性场解,根据M 积分的复势函数解析表达式得到M 积分与夹杂弹性模量的显式表达式. 随后通过有限元分析,对含复杂缺陷群的弹塑性材料进行数值模拟,结果表明内部缺陷区域的有效弹性模量下降与M 积分存在着特定关系. 基于此,提出利用材料构型力学中的外变量参数（M 积分）来替代损伤力学中的内变量参数（弹性模量下降量）描述材料的缺陷演化.      

含正交排列夹杂和缺陷材料的等效弹性模量和损伤

研究含正交排列夹杂和缺陷材料的等效弹性模量和损伤,推导了以Eshelby－Mori－Tanaka方法求解多相各向异性复合材料等效弹性模量的简便计算公式,针对含三相正交椭球状夹杂的正交各向异性材料,得到了由细观参量（夹杂的形状、方位和体积分数）表示的等效弹性模量的解析表达式．在此基础上,提出了一个宏细观结合的正交各向异性损伤模型,从而建立了以细观量为参量的含损伤材料的应力应变关系．最后,对影响材料损伤的细观结构参数进行了分析．     

A continuum damage mechanics framework for modeling micro-damage healing

A novel continuum damage mechanics-based framework is proposed to model the micro-damage healing phenomenon in the materials that tend to self-heal. This framework extends the well-known Kachanov’s (1958) effective configuration and the concept of the effective stress space to self-healing materials by introducing the healing natural configuration in order to incorporate the micro-damage healing effects. Analytical relations are derived to relate strain tensors and tangent stiffness moduli in the nominal and healing configurations for each postulated transformation hypothesis (i.e. strain, elastic strain energy, and power equivalence hypotheses). The ability of the proposed model to explain micro-damage healing is demonstrated by presenting several examples. Also, a general thermodynamic framework for constitutive modeling of damage and micro-damage healing mechanisms is presented.     

非定常微分型黏弹性本构模型

在应力作用下, 材料的力学参数随着微观结构的变化而变化, 需要考虑参数的时间效应. 利用黏滞系数随时间变化的黏性元件, 构造出非定常Maxwell模型、非定常Kelvin模型和非定常Zener模型. 求解非定常模型的微分型本构方程得到它们的松弛模量、蠕变柔量和卸载方程. 结果表明, 可以把常见的经验松弛函数和经验蠕变函数视为非定常微分型本构模型.      

综合考虑宏细观缺陷的岩体动态损伤本构模型

针对节理岩体同时含有节理、裂隙等宏观缺陷及微裂隙、微孔洞等细观缺陷的客观事实, 提出了在节理岩体动态损伤本构模型中应同时考虑宏细观缺陷的观点。为此, 首先对基于细观动态断裂机理的经典岩石动态损伤本构模型—TCK(Taylor-Chen-Kuszmaul)模型进行了阐述, 其次基于Lemaitre等效应变假设推导了综合考虑宏细观缺陷的复合损伤变量(张量), 进而在此基础上建立了相应的节理岩体动态损伤本构模型, 并利用该模型讨论了载荷应变率及节理条数对岩体动态力学特性的影响规律。结果表明, 在不同载荷应变率下试件在变形初始阶段是重合的, 而后随着应变的增加, 试件峰值强度、峰值应变及总应变均随载荷应变率的增加而增加; 随着节理条数的增加, 试件峰值强度逐渐降低, 但降低趋势逐渐变缓并趋于某一定值。上述研究结论与目前的理论及实验研究结果的基本规律是一致的, 说明了本模型的合理性。