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以连续介质不可逆热力学为基础,采用了Mohr-Coulomb屈服准则,提出混凝土塑性损伤耦合的新的本构方程。在该模型中采用了塑性应变 、各向同性损伤标量D作为内变量。这个新的本构关系模型严格满足热力学的基本方程。以不同围压作用下混凝土试件的单轴压缩行为为例,采用开发的程序进行了局部水平上本构模型数值验证。结果表明,模型损伤演化数值结果符合试验趋势。 相似文献
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非饱和土化学-塑性耦合本构行为的数值模拟 总被引：2，自引：0，他引：2
基于Hueckel提出的饱和黏土化学-塑性本构模型和Gallipoli提出的非饱和土弹塑性本构模型,提出了一个新的非饱和多孔介质的化学-塑性本构模型,并建立了该模型的隐式积分算法,算法中考虑了化学软化和非饱和吸力的影响。在已有的非饱和多孔介质有限元分析程序平台上进行了程序研发,对孔隙水中化学污染物浓度变化对非饱和土力学行为的影响进行数值模拟,使所研制的程序能够进行岩土工程问题的化学-力学耦合非线性分析。 相似文献
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在描述非饱和土力学本构行为的Gens-Alonso模型[1]的基础上,结合化学浓度对前固结压力的软化公式[2],并考虑了化学浓度对黏聚力的软化作用,建立了描述非饱和土化学-水力-力学耦合行为的本构模型。对包括化学-水力-力学本构关系、流体流动和污染物传输的控制方程的平衡方程组进行有限元离散,并采用此非饱和土化学-水力-力学耦合行为的数值模型对非饱和土中隧道周围化学-水力-力学耦合过程进行了模拟,对纯粹的力学响应、弹性化学力学响应、弹塑性化学力学响应 3 种情况进行了分析,数值结果显示了化学浓度作用下隧道周围的体积变化量和应力状态比单纯的力学响应有较大的提高,隧道表面的收缩量也有明显的增大。数值模拟的结果显示了该方法对模拟非饱和土复杂的耦合行为的可行性。 相似文献
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基于混凝土塑性损伤本构模型,将可以表征材料和结构渐进破坏的损伤变量作为内变量,考虑了混凝土拉压异性的损伤变量,利用有限元软件ABAQUS,对丰满混凝土重力坝在经受地震作用下的结构损伤区域的发展变化进行安全性评价。在数值计算过程中,对于受地震荷载作用所引起的地面水平运动而导致大坝水位水平运动对坝体的影响,通过扩充后的广义Westergaard公式予以计算模拟。通过分析得到了丰满大坝在地震作用下的塑性损伤破坏情况,并评价了丰满大坝的安全性,亦说明利用损伤力学对大坝进行安全性评价是一个可行的方法。 相似文献
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随着全球气候逐渐变暖,冰川、大型冰盖或较厚的冰层发生大规模滑动、崩塌灾害的可能性和危险性不断增加,研究多晶冰的变形特性并建立其本构模型对极地灾害预报具有重要的意义。基于已有的人造多晶冰常规三轴压缩试验数据,发现人造多晶冰具有明显的应变软化特征,构建以等效塑性应变为变量的损伤变量,以摩尔-库仑准则为初始屈服函数,采用相适应流动法则,建立了能够反映多晶冰应变软化特征的弹塑性损伤本构模型。利用不同围压、不同温度条件下的常规三轴压缩试验数据对提出的本构模型进行了验证,并对部分模型参数进行了参数敏感性分析。将建立的弹塑性损伤本构模型写入FLAC3D软件中,利用单个单元的三轴压缩数值模拟对写入的本构模型进行了验证;然后使用写入的弹塑性损伤本构模型对圆柱状试样开展三轴压缩数值模拟,对数值模拟结果进行了详细的分析。研究结果以期为冰川稳定性分析以及冰川多场耦合研究提供理论及数值基础。 相似文献
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在实际隧道施工过程中,隧道开挖引起地下岩体应力重分布使得围岩的微裂纹扩展损伤,并伴随有塑性流动变形。在地下水环境中对于孔隙和微裂隙围岩介质受到应力作用时,在内部将产生高孔隙水压力影响岩石的力学性质,也改变了围岩的破坏模式。为了研究损伤引起的刚度退化和塑性导致的流动两种破坏机制的耦合作用,从弹塑性力学和损伤理论的角度出发,同时引入修正有效应力原理来考虑孔隙水压力的作用,建立基于Drucker-Prager屈服准则的弹塑性损伤本构模型;针对该本构模型推导了孔隙水压力作用下弹塑性损伤本构模型的数值积分算法-隐式返回映射算法,分别对预测应力返回到屈服面的光滑圆锥面或尖点奇异处两种可能的情况给出了详细的描述,隐式返回映射算法具有稳定性和准确性的特点;大多数弹塑性损伤模型中涉及参数多且不易确定的问题,采用反分析方法获得损伤参数,解决了损伤参数不易确定的难题;采用面向对象的编程方法,使用C++语言编制了弹塑性损伤本构求解程序,并对所建立的弹塑性损伤模型和所编程序进行了试验和数值两个方面的验证;最后将其在吉林抚松隧道工程中进行应用,模拟了塑性区和损伤区的发展变化。研究结果表明：所建立的弹塑性损伤本构模型能够较好地描述岩石的力学性能、塑性和损伤变化趋势,所编程序能够进行实际工程问题的模拟,对现场施工给予一定的指导。 相似文献
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基于损伤塑性模型的地下洞室结构地震作用分析 总被引：2，自引：1，他引：1
基于损伤力学原理,通过引入损伤变量的方法,详细推导了ABAQUS中的损伤塑性本构模型,描述混凝土后继屈服阶段及其卸荷后的损伤机制和力学行为。此本构模型可考虑循环荷载条件下材料刚度退化和应变率的影响,适用于类似混凝土材料的脆性材料,如岩石等。以某水电站地下厂房洞室结构为例,进行二维动力时程非线性分析,考虑不同的刚度恢复权重因子和应变率相关性对结构损伤的影响。多个数值算例表明：洞室混凝土结构和其周围一定深度的围岩的损伤是一个渐进积累的过程;材料的率相关性效应并不是在地震动作用开始时就立即产生,而是在一段时间后,结构经历一定程度的损伤后才慢慢体现出来;此损伤塑性模型适合地震荷载等循环荷载作用下地下洞室结构的动力时程非线性分析,尤其是强震下采用此损伤塑性模型是合理和必要的。 相似文献
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非饱和土的水力和力学特性及其弹塑性描述 总被引：6，自引：3，他引：3
简单回顾了非饱和土本构模型研究的发展历程,总结了近几年非饱和土弹塑性本构模型最新研究成果,重点介绍了能统一模拟非饱和土水力性状和力学性状耦合的弹塑性本构模型。通过对建立模型过程中的几个核心问题讨论,较详细地说明该类模型的结构、性能以及相关问题。非饱和土水力性状的滞回性用假定存在饱和度弹性区间的弹塑性过程来模拟;该类耦合模型不仅考虑了吸力对非饱和土水力性状和力学性状的影响,还考虑了饱和度对应力-应变关系和强度的影响以及土体变形对土-水特征曲线的影响。用同一套模型参数,耦合模型可统一预测在吸力控制或含水率控制下沿各种应力路径下非饱和土的水力-力学特性,并简单介绍了膨胀性非饱和土的弹塑性本构模型以及耦合模型在有限元数值计算中的应用。 相似文献
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A hierarchical mathematical model for analyses of coupled chemo‐thermo‐hygro‐mechanical behaviour in concretes at high temperature is presented. The concretes are modelled as unsaturated deforming reactive porous media filled with two immiscible pore fluids, i.e. the gas mixture and the liquid mixture, in immiscible–miscible levels. The thermo‐induced desalination process is particularly integrated into the model. The chemical effects of both the desalination and the dehydration processes on the material damage and the degradation of the material strength are taken into account. The mathematical model consists of a set of coupled, partial differential equations governing the mass balance of the dry air, the mass balance of the water species, the mass balance of the matrix components dissolved in the liquid phases, the enthalpy (energy) balance and momentum balance of the whole medium mixture. The governing equations, the state equations for the model and the constitutive laws used in the model are given. A mixed weak form for the finite element solution procedure is formulated for the numerical simulation of chemo‐thermo‐hygro‐mechanical behaviours. Special considerations are given to spatial discretization of hyperbolic equation with non‐self‐adjoint operator nature. Numerical results demonstrate the performance and the effectiveness of the proposed model and its numerical procedure in reproducing coupled chemo‐thermo‐hygro‐mechanical behaviour in concretes subjected to fire and thermal radiation. Copyright © 2005 John Wiley & Sons, Ltd. 相似文献
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黏土岩温度-渗流-应力耦合特性试验与本构模型研究进展 总被引：2，自引：0，他引：2
高放废物处置库、垃圾填埋场等工程中常常涉及到温度场（T）、渗流场（H）和应力场（M）的耦合作用的问题。从试验和理论模型两个角度综述国内外黏土岩温度-渗流-应力耦合特性的研究进展,主要包括其传热特性、温度影响下的渗流特性、变形、强度、蠕变特性。在此基础上,重点分析了黏土岩水-热迁移模型以及热-力耦合本构模型的适应性。基于上述认识,通过试验研究了比利时Boom clay在温度作用下的强度、渗透性、蠕变性等特征。结果表明：随着温度升高,Boom clay的强度有所降低,渗透性显著增强,蠕变速率明显加快。提出了适用于Boom clay的THM耦合弹塑性损伤模型,计算结果验证了模型能合理反映温度的影响。最后,探讨了黏土岩THM耦合机理研究的不足和今后的研究方向。 相似文献
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Prediction of unsaturated soil behavior during earthquake loading has received increasing attention in geotechnical engineering research and practice in recent years. Development of a fully coupled analysis procedure incorporating a coupled hydromechanical elastoplastic constitutive model for dynamic analysis of unsaturated soils has, however, been limited. This paper presents the implementation of a coupled hydromechanical elastoplastic constitutive model into a fully coupled dynamic analysis procedure and its validation using a centrifuge test. First, the fully coupled finite element equations governing the dynamic behavior of unsaturated soils with the solid skeleton displacement, pore water pressure, and pore air pressure as nodal unknowns are briefly presented. The closest point projection method is then utilized to implement the coupled hydromechanical elastoplastic constitutive model into the finite element equations. The constitutive model includes hysteresis in soil–water characteristic curves, cyclic elastoplasticity of the solid skeleton, and the coupling mechanisms between the SWCCs and the solid skeleton. Finally, the analysis procedure is validated using the results from a dynamic centrifuge test on an embankment constructed of compacted unsaturated silt subjected to base shaking. Reasonable comparisons between the predicted and measured accelerations, settlements, and deformed shapes are obtained.
相似文献15.
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裂隙的剪胀特性及扩展演化规律对岩体的渗流特性具有重要影响。为揭示裂隙剪胀及扩展演化对岩体渗流的影响,基于残余强度提出了一种能较好描述岩石硬化-软化特性的全剪切本构关系;结合剪切变形与裂隙开度的关系,利用最小势能原理和立方定律,建立了压剪作用下考虑裂隙剪胀特性的渗流应力耦合模型;假定压剪作用下裂隙发生Ⅰ型扩展,提出了伴有翼型裂纹的渗流模型,该模型不仅考虑了岩石的剪胀特性,更反映了裂隙扩展过程渗流的演化规律。对不同裂隙粗糙度的剪切应力-位移曲线进行分析,全剪切本构模型表现出较高的拟合精度。在剪切应力-位移关系基础上,通过剪切渗流试验数据对压剪作用下渗流模型进行验证,结果表明,该模型能较好地描述岩体剪胀阶段渗透性演化规律。利用等效裂隙简化裂隙网络,并通过试验数据进行验证,证实了裂隙扩展过程渗流-应力耦合模型的准确性与适用性。 相似文献
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Numerical modeling of the elastoplastic damage behavior of dry and saturated concrete targets subjected to rigid projectile penetration 
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下载免费PDF全文 The objective of the present paper is to present a numerical study on the penetration performance of concrete targets with 2 different water contents. Numerical analysis has been performed by using the finite element code Abaqus/Explicit, in which a coupled elastoplastic damage model has been developed for saturated/unsaturated concrete under a wide range of confining pressures. The performance of proposed model has been firstly verified by simulating the triaxial compression tests and penetration tests realized with saturated/dry concretes. Comparisons of available experimental results and numerical simulations show that the proposed model is able to reproduce satisfactorily the mechanical behavior of saturated and dry concretes. A higher failure stress and a more important pores closing are generally obtained in dry concrete samples with respect to saturated ones. Furthermore, the main observed patterns of penetration test realized with saturated concrete targets are also satisfactorily simulated by the numerical results. Therefore, the proposed model is used to numerically predict the penetration performance of dry concrete target, and the penetration performance of dry/saturated concrete target is discussed. We observe that in dry concrete target, the penetration of projectile is strongly declined, and a smaller damage zone is created. The numerical predictions and discussions can help engineers to enhance their understandings on the influence of hydraulic conditions on structural vulnerability of concrete structures subjected to near‐field detonations or impacts. 相似文献
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基于TCK损伤本构的岩石爆破效应数值模拟 总被引：3，自引：0，他引：3
脆性岩石在爆破载荷下的动态破碎行为是工程技术人员所关心的,采用数值法预估岩体破裂范围和损伤大小对施工安全具有重大意义,其中合理的岩石损伤模型是关键。假设岩体破坏近似服从Mises屈服准则,且考虑到岩体的应变硬化特性,把Taylor-Chen-Kuszmaul（TCK）模型中的拉裂损伤演化方程和材料双线性、弹塑性本构耦合到一起,并简洁地嵌入到有限元分析软件LS-DYNA中,通过半无限岩体中柱形药包爆破实例验证了其合理性与准确性。对球形药包爆破问题也进行了数值分析。该损伤模型及其数值模拟在工程中具有一定的参考价值。 相似文献
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This paper describes a constitutive approach to model the behavior of rate‐dependent anisotropic structured clay. Rate‐sensitivity is modeled using overstress viscoplasticity. Clay structure is treated as a viscous phenomenon whereby the viscosity of the undisturbed structured clay is initially very high and the viscosity degrades or decreases with plastic straining until the intrinsic or residual viscosity is reached. A microstructure tensor approach is used to make the structured viscosity anisotropic; whereas, the intrinsic viscosity is assumed to be isotropic. The behavior of the constitutive model is compared with the measured response of two clays (Gloucester and St. Vallier clay) from Eastern Canada during triaxial compression tests on specimens trimmed at different orientations to the vertical. The comparisons show that the constitutive framework is able to describe the anisotropic and rate‐sensitive response of both clays. The response of the model is also examined for the more general case of anisotropic consolidated triaxial compression and extension. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd. 相似文献