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1.
常规的弹塑性模型难以模拟材料破坏时由于内部损伤累积引起的变形局部化带形成过程。将岩土材料抽象为含有孔洞的球形体胞单元的集合体,采用一个标量--孔洞体积百分比来刻划单元的损伤程度,基于细观损伤力学提出了一个适用于岩土材料的塑性损伤模型。将该模型通过用户子程序嵌入到大型有限元商业软件MRAC中,研究岩土材料的局部化剪切带形成过程。采用该模型,成功地对平面应力条件下岩土材料单轴受压和单轴受拉试件的局部化破坏分别进行了数值模拟。采用该模型,对拱坝在超水载作用下的变形局部化进行了研究,数值计算结果表明,上游坝踵处最先发生变形局部化现象。 相似文献
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基于破损力学理论,将结构性黄土抽象成具有一定结构强度的结构块和摩擦带组成的二元介质模型。对结构性黄土体来说,局部化剪切带问题也是土体的破损问题,剪切带萌生发展的实质就是结构块向摩擦带转化的动态过程。应用结构性土的双参数破损率二元介质本构模型,采用数值分析方法模拟了平面应变压缩条件下结构性土中局部化剪切带萌生、扩展的过程,研究了不同缺陷方案下局部化剪切带的形态、特性与规律,发现结构性土中局部化剪切带的发展起初是由一段段不连续的微小局部破坏区域在外荷载逐步作用下渐进扩展连接贯通而形成整体剪切带的破坏形式。二元介质本构模型和常规有限元的结合,形象生动地再现了局部化剪切带萌生、发展的过程。 相似文献
3.
利用自主开发的基于无网格法的岩石力学计算分析程序,采用Mohr-Coulomb破坏准则,考虑材料塑性屈服后的软化特性,研究单轴压缩条件下含一个缺陷的岩石试样的变形特性,探讨含缺陷材料的岩石变形局部化的演化规律。计算结果表明,岩石试件的破坏是一个渐进破坏的过程;加载过程中试件中的缺陷弱粒子首先出现粒子破坏并产生声发射,随加载进行试件产生微裂隙并扩张形成一个变形局部化带,局部化带扩张、发展,最终形成一个明显的剪切破坏带,缺陷粒子对试件的破坏起到了控制作用。岩石的声发射记录了岩石材料的塑性破坏过程,岩石试件的剪切破坏带与塑性区的发展具有非常类似的规律,但塑性区面积要大于剪切破坏带,从所处位置来看剪切破坏带位于塑性区之内,通过研究声发射特征信息发现变形局部化发生在应力-加载步（应变）达到峰值强度前。 相似文献
4.
饱和砂土局部变形带模拟的有限元数值实现 总被引：1，自引：0，他引：1
基于有限变形理论,推导了Newton-Raphson 迭代算法在k+1步增量表达的矩阵形式,实现了饱和砂土变形局部化的有限元数值计算,得到了饱和砂土发生局部化变形的准则。基于Galerkin 方法,得到了位移场和应力场的空间离散化矩阵方程;由土体局部变形带的连续性条件,引入第1切线算子,推导出了砂土等颗粒状媒介发生局部化变形的必要条件。基于此核心算法,编制了有限元计算程序,模拟了饱和砂土在不排水条件下平面压缩过程中剪切带的形成与发展;通过比较分析,研究了有限元网格粗细对于土体局部变形带的影响,结果表明,网格粗细的病态依赖只是微小的,它只与变形条带的宽度有关,对于土体所表现出来的其他力学特性没有影响。 相似文献
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基于非局部化方法的边坡稳定性分析 总被引：1，自引：1，他引：0
应变局部化问题已经成为岩土力学研究的一个重要课题,边坡的稳定性分析必然要考虑这种应变局部化对边坡的稳定性影响。结合Bazant等的非局部化模型方法,将其推广应用到弹黏塑性本构模型中去,考虑两种正则化机制的耦合作用,并采用有限元方法结合滑面应力法对边坡的稳定性进行分析。将数值分析结果与极限平衡法和基于线弹性本构的滑面应力法结果进行了对比,从分析结果来看文中的计算结果是合理的,对实际工程具有一定的指导意义。 相似文献
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针对粗粒料的应变软化、剪胀等力学特性,通过考虑以剪切带为标志的应变局部化现象,建立了具有广泛适用性的剪切损伤力学模型。损伤模型采用了包体理论中的剪切带数学简化,基于应变等价原理、Weibull分布,推导了粗粒料的应力-应变关系方程。从剪胀作用的机制出发,提出可以描述剪胀弱化的轴向塑性应变和体积塑性应变的非线性函数关系。结合粗粒料三轴压缩试验中的伺服过程,提出了基于遗传算法的损伤模型参数确定方法。通过开展不同围压下的粗粒料三轴压缩试验,对剪切损伤力学模型进行验证,进一步分析了参数演化对粗粒料强度和变形特征的影响。研究结果表明,考虑应变局部化特征的剪切损伤力学模型可以高精度的模拟粗粒料的应变软化和剪胀等特征,有效揭示剪切带内部变形对试样整体宏观变形的影响机制,模型中剪切带参数和围压的关系与粗粒料细观机制一致,计算得到强度组成与颗粒破碎、重组特征较为吻合。 相似文献
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无加筋、加筋砂土蠕变特征的有限元分析 总被引：1，自引：1，他引：0
根据分级加载条件下的蠕变试验,分析研究了无加筋砂土和土工格栅加筋砂土的蠕变特征,发现蠕变变形与分级加载时的应力水平、初始蠕变应变速率有很大关系,且蠕变后以恒定应变速率重新加载时呈现出刚度很大、近似弹性的行为。针对无加筋砂土和土工格栅加筋砂土提出一种弹黏塑性有限元计算方法。有限元计算过程中,砂土和土工格栅均采用统一的3要素弹黏塑性本构模型。该方法能够对含多个蠕变段的恒定应变速率加载全过程进行模拟。通过试验结果与有限元计算结果的比较,表明所提出的弹黏塑性有限元计算方法能较好地模拟无加筋砂土和土工格栅加筋砂土的蠕变特征,特别是蠕变后重新加载时的刚度很大、近似弹性的行为。 相似文献
9.
塑性梯度体元及应变局部化启动机制分析 总被引：1，自引：1，他引：0
利用代表性体元可较好地反映出并非理想连续均匀的岩土介质破坏前强度和变形行为。但当材料出现高的应变梯度(应变局部化)时,在体元上的应力、应变呈现高次非线性变化,代表性体元不能如实地反映出介质的力学性能。提出一种可包含局部化变形的研究基元--塑性梯度体元(Plasticity Gradient Volume Element) ,塑性应变在其内可用微分形式表达。该体元不但可反映介质的平均力学响应,而且可反映应变呈高次非线性变化时的影响。随着硬(软)化模量从正值变为负值,变形模式将由均匀变形模式变为局部化变形模式,这就是应变局部化的启动机制。 相似文献
10.
基于CLoE与Gudehus-Bauer亚塑性模型数值模拟了平面应变条件下Hostun砂的应变局部化现象。从侧向压力和初始缺陷两个方面对比研究了两种模型所预测应变局部化的产生及演化模式。结果表明：（1）两种模型均能反映Hostun砂刚度随着侧向压力提高而增大的现象。（2）相比Gudehus-Bauer亚塑性模型,CLoE亚塑性模型所得出的应变局部化形态与试验结果更加一致。（3）CLoE亚塑性模型能够反映随着荷载增加,砂的体积先膨胀后缩小的特点。（4）相比Gudehus-Bauer亚塑性模型,CLoE亚塑性模型所得到的应变-应力曲线能够更明显地反映应变局部化带中单元的软化现象。（5）CLoE亚塑性模型能够更好地模拟由初始缺陷导致的不均匀应变。总的来说,所得的数值结果表明,CLoE亚塑性模型能够较好地模拟侧向压力和初始缺陷对应变局部化的影响,在模拟应变局部化现象方面较Gudehus-Bauer更有优势。然而,现有CLoE亚塑性模型无法考虑孔隙比,也未包含颗粒材料内尺度变量,有待进一步完善。 相似文献
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《Geomechanics and Geoengineering》2013,8(4):235-251
The bearing capacity of footing has been studied by both conventional and numerical methods by many researchers. However, degradation of the microstructure of material, that is, a change in the microstructure of the soil, has not been adequately taken into account. Degradation of microstructure causes strain softening of materials and it leads to strain localization such as shear bands and slip bands. From an engineering point of view the strain localization is crucial because it is a precursor of failure. In the present study, finite element analyses of the bearing capacity of a shallow foundation on homogeneous and inhomogeneous saturated clay strata have been conducted using an elasto-viscoplastic soil constitutive model of microstructure change. A series of analyses of footing on clay deposit with different microstructure parameters have been carried out. Numerical results show that strain localization can be predicted during the loading of rigid footing on highly structured soil and strain localization affects the footing–soil interaction. The effects of footing roughness on the failure mechanism are also discussed in the study. 相似文献
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It has been known that classical continuum mechanics laws fail to describe strain localization in granular materials due to the mathematical ill‐posedness and mesh dependency. Therefore, a non‐local theory with internal length scales is needed to overcome such problems. The micropolar and high‐order gradient theories can be considered as good examples to characterize the strain localization in granular materials. The fact that internal length scales are needed requires micromechanical models or laws; however, the classical constitutive models can be enhanced through the stress invariants to incorporate the Micropolar effects. In this paper, Lade's single hardening model is enhanced to account for the couple stress and Cosserat rotation and the internal length scales are incorporated accordingly. The enhanced Lade's model and its material properties are discussed in detail; then the finite element formulations in the Updated Lagrangian Frame (UL) are used. The finite element formulations were implemented into a user element subroutine for ABAQUS (UEL) and the solution method is discussed in the companion paper. The model was found to predict the strain localization in granular materials with low dependency on the finite element mesh size. The shear band was found to reflect on a certain angle when it hit a rigid boundary. Applications for the model on plane strain specimens tested in the laboratory are discussed in the companion paper. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd. 相似文献
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地质灾害中的应变局部化现象 总被引：2，自引：0，他引：2
首先介绍应变局部化现象及其研究进展，然后介绍地质灾害中常见的应变局部化现象，即边坡失效、圆形洞室失效、地震中的局部化现象和流固耦合应变局部化现象。采用材料的分叉分析方法和变形局部化的数值模拟研究，可望对地质灾害的机理分析、预测和控制提供新的思路。 相似文献
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平面应变状态下土体的软化特性与本构模拟 总被引：3，自引：2，他引：1
在平面应变状态下,由于土体在应力峰值状态出现了应变局部化现象,从而变形模式失去了原有的均匀性而呈现软化特性。为此,采用常规的弹塑性本构模型模拟土体峰值前的均匀变形,对应力峰值状态则采用非共轴的分叉理论进行预测,而土样在峰值后出现不均匀变形的宏观力学特性则通过复合体理论加以描述。理论预测表明,构建这样的软化本构模型能真实反映平面应变状态下的应力-应变特性。理论分析还表明,经典的变形分叉理论中引入非共轴弹塑性模型,才能准确地预测土体的应力峰值,这是构建平面应变状态下土体软化本构模型的关键所在。 相似文献
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The aim of the present paper is to numerically analyse the behaviour of frozen sand by using a viscoplastic constitutive model with strain softening. A constitutive model has been developed introducing the stress history tensor which is a functional of the stress history, with respect to a generalized time measure. It is shown that Adachi and Oka's model is applicable to the results of triaxial tests on a frozen Toyoura sand at different strain rates. First, the instability of the model is discussed within the framework of bifurcation theory. The model is then implemented into a FEM code to numerically simulate the behaviour under plane strain conditions. From the numerical results, it is revealed that the formation of shear bands is possible and the characteristics of strain localization, such as shear banding, depend on the strain rates. 相似文献
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亚塑性模型为模拟颗粒材料的非线性力学行为提供了一条新途径,特别是CLoE亚塑性模型在模拟应变局部化时具有一定的优势。然而该模型在模拟小幅应力-应变循环时表现出一定的锯齿效应。为了克服该效应,基于颗粒间应变张量的概念发展了修正的CLoE亚塑性模型以正确模拟循环荷载下密砂的力学行为。此外,为保证单调荷载作用下修正模型与原模型预测结果的一致性,改进了颗粒间应变率及颗粒间最大应变的定义。数值算例表明:（1）修正模型保留了克服锯齿效应的优点。（2）修正模型能够反映不同振幅条件下的卸载刚度。（3）在大振幅循环条件下,滞回圈的面积随着循环次数增加而增大。（4）修正模型能够保证单调加载条件下所得结果与原模型的一致性。（5）修正模型可以反映材料的疲劳破坏机制。 相似文献