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基于广义热力学基本理论,通过考虑塑性剪切变形产生的能量一部分以塑性自由能的形式储存,并且该部分自由能与超固结度相关,结合修正剑桥模型的热力学函数形式建立了适用于超固结土的自由能函数和耗散函数。该耗散函数与当前应力状态无关,相关联流动法则仍然适用。由建立的耗散函数和自由能函数,推导了弹塑性本构关系的屈服函数、流动法则、硬化定律。通过4种不同超固结土的试验结果和计算结果进行比较,验证了模型的合理性。 相似文献
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首先简要介绍颗粒物质力学与模拟岩土材料本构特性的热力学方法,其次对力链及其对应的强弱网络的形成、力学特性与能量耗散特点与机制进行深入地分析,随后在Collins提出的土体热力学模型的基础上,考虑强弱网络结构的应力应变特征,引入合理的假设,探讨建立符合热力学原理的宏细观结合的岩土本构模型的思路与步骤 相似文献
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硅藻质软岩的三维弹粘塑性模型分析 总被引：3，自引：1，他引：2
基于Perzyna的弹粘塑性理论的基本假设、粘塑性流动法则及殷建华和Graham的三维弹粘塑性模型,得出了在三轴应力状态下的本构关系表达式。殷建华和Graham的模型提出了“等效时间”,“瞬时时间线”,“参考时间线”,“极限时间线”等一系列新的概念。用三轴应力状态下的本构关系表达式对软岩的固结不排水三轴剪切试验进行了模拟计算,并与试验结果进行了比较。结果表明：数值模拟计算结果与试验结果几乎一致。该模型简单、实用、精度较高,可以模拟硅藻质软岩材料与时间有关的应力-应变关系、孔隙水压力与应变的关系,以及有效应力路径等。 相似文献
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从热力学定律出发,利用自由能函数和耗散函数,通过严格的理论推导得到屈服函数、流动法则和硬化规律。在临界状态模型的框架内,将基于热力学基础的各向异性模型和特定的旋转硬化规律结合起来,提出了一种新的处理方法用来模拟密砂在三轴试验中的变形曲线。给定多组模型参数,计算排水和不排水三轴试验,并简单讨论了模型参数对曲线规律的影响,结果表明这种方法是有效的。通过屈服面在变形不同阶段采用不同的旋转方向,能够考虑密砂的复杂试验曲线特征,又由模型的热力学基础保证了屈服面和剪胀函数的协调。这种方法确定的模型结构严密,适应性强,可以描述大范围土体的特性,且简单易于使用。 相似文献
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由于经典的塑性力学无法根据Drucker塑性公设从理论上证明非相关联流动准则,因而从连续介质热力学基本原理出发研究土的弹塑性模型。根据率无关塑性力学理论,通过Gibbs自由能和多个独立耗散函数,建立土的多重屈服准则及其流动准则,证明了屈服准则重数和独立耗散函数个数相等,分析了耗散函数形式对屈服准则和塑性流动准则的影响。分析了一簇新的能够同时考虑相关联流动准则和非相关联流动准则的粘土的Gibbs自由能和耗散函数的表达式,殷宗泽双屈服面模型是其特例,但新模型具有更为明确的物理含义,能考虑非相关联流动准则的情况。根据粘土室内实验选取了模型参数,并与实测应力-应变曲线进行对比,说明新模型可以模拟粘土的多重屈服面本构关系。 相似文献
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在大量旁压试验数据分析的基础上,通过曲线拟合,建立了旁压试验弹塑性阶段曲线的椭圆方程,利用土体SMP屈服准则和Rowe流动法则,推导出土体塑性阶段应力增量与应变增量间关系矩阵。在弹性阶段,假设土体应力-应变服从广义虎克定律,建立了基于旁压试验的土体弹塑性本构模型。编制了相应的计算程序,将文中模型计算结果与实际旁压试验曲线进行对比,初步验证了模型的正确性。将本构模型编译为ABAQUS自定义材料子程序UMAT,通过有限元对比分析,文中模型计算变形较弹性模型小,较摩尔-库仑模型大,与模型建立的假设一致。基于旁压试验的土体弹塑性本构模型参数少,且易于获取,便于在实际工程中应用。 相似文献
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随机-模糊统计方法在岩土特征参数指标统计中的应用 总被引：1，自引：0，他引：1
岩土工程中的随机-模糊统计方法用模糊理论准确表达了岩土材料的空间变异性。针对随机-模糊方法权重系数的取值进行了讨论,研究了“参照点”在随机-模糊方法的意义,指出了“参照点”与核点无限接近时的最大隶属度才是所要求的正确结果,并根据模糊随机原理提出了直接迭代求解目标函数的流程。采用建议方法对某核电岩土工程中的参数进行了计算,获得了取不同“参照点”时各样本的隶属度曲线以及“参照点”向核点逐步逼近的过程曲线。结果表明,隶属度函数采用指数函数是合理的,样本隶属度分布形态为窄域“正态”分布。所得结论可为随机-模糊统计方法在岩土工程中的应用提供基本理论依据。 相似文献
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在材料塑性本构理论中应用热动力学原理一般有两种方法,一是在引入的屈服（包括硬化）、破坏函数和塑性势概念的基础上,从数学上或者根据试验规律,假设（拟合）其函数形式,然后将热力学定律或准热力学公设作为附加约束引入本构模型;二是直接从热动力学出发,通过构造能量函数（热力学势）、耗散函数及较少的限制条件给出全部的塑性本构理论,而得到的本构理论自动满足热动力学原理。长期以来,针对各种不同材料提出的大量屈服破坏函数,许多都是按照第一种方法给出的,却并未见到进行过严格的热动力学限制的验证。研究从塑性本构理论中上述两种研究方式在热力学定律的满足上的一致性出发,将求屈服函数对应的耗散势的问题归结为关于耗散势的偏微分方程求解问题,从理论上演绎出塑性理论中一族率无关线性屈服破坏函数对应的耗散势函数,从而将屈服破坏函数的热动力学验证问题转化为其对应耗散势的正负判断问题,也沟通了塑性理论中屈服破坏函数同热动力学中耗散势在概念上的联系,对于理解屈服破坏函数的热动力学内涵有重要理论意义。特别地,文中给出的求耗散势的方法具有一般性,不仅适合于线性的屈服破坏函数,也适合于非线性的屈服破坏函数。最后,利用热力学第2定律给出了一族线性屈服破坏函数具体的热力学限制条件。 相似文献
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The CamClay model has been extensively used in numerous research programmes for constitutive modelling in Soil Mechanics during the past quarter of a century. Several derivations of this model are now available and routinely used for numerical simulations in the geomechanical engineering field. However, to the authors' knowledge the thermodynamical basis of this model in its original form has never been established, at least in a modern thermodynamics framework. The thermodynamics principle proposed by Ziegler is very expedient for this purpose as the non-associated flow rule may be considered. This approach is applied to the CamClay model with the Roscoe dilatancy rule. A dissipation function and free energy are specified in terms of kinematic variables (i.e. state and internal variables), and the material response is derived entirely from these functions. 相似文献
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岩土材料在非关联流动法则下剪胀角选取探讨 总被引：6，自引：1，他引：5
岩土材料属于摩擦型材料,其强度特性时参数指标的选取至关重要。当前对剪胀角存在模糊认识,导致在理论分析和数值模拟分析中常会产生较大误差。在分析传统的滑移线场理论的基础上,采用广义塑性理论,证明了岩土材料在非关联流动法则条件下的剪胀角应取? /2,且此时体变必为0。通过对具有精确理论解的经典Prandtl地基承载力课题的数值模拟分析,分别对关联流动法则、非关联流动法则剪胀角取? /2及非关联流动法则剪胀角取0三种情况下地基的承载力进行了计算。结果表明,上述3种情况下得到的极限荷载的误差为2 %,但滑移线场与理论解有较大差异。其中,在非关联流动法则条件下,采用剪胀角? =? /2所得到的滑移线场与Prandtl理论解一致,而采用? =0所得到的滑移线场与理论解有较大的偏差。这说明目前在非关联流动法则条件下采用? = 0虽然可得到相应的正确的极限荷载,但是相应的滑移线场具有较大的误差,同时也证明了岩土材料在非关联流动法则条件下的剪胀角应该选取? /2,而不是目前通常采用的0。 相似文献
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Kenneth Runesson 《国际地质力学数值与分析法杂志》1987,11(3):315-321
The stress solution in plasticity with an associated or a non-associated flow rule is considered. Upon fully implicit integration of the relevant constitutive relations the stress is obtained as the projection of the (fictitious) elastic stress onto the yield surface for given values of the hardening softening variables. This projection is defined, for a general non-associated flow rule, in adjusted complementary elastic energy, which becomes exactly the complementary energy when the flow rule is associated. Isotropic elasticity and mean-stress dependent isotropic yield criteria (pertinent to soil) are considered and the implications of a certain class of non-associated flow rules are evaluated. This class relates to dilatant (or contractant) materials and involves non-associated plastic volume change. The corresponding stress solutions are shown to be strongly influenced by Poisson's ratio and by the dilation angle. 相似文献
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非共轴本构模型在地基承载力数值计算中若干影响因素的探讨 总被引：1，自引：0，他引：1
土体在剪切变形过程中产生主应力方向的旋转时,主应变增量方向与主应力方向之间存在着非共轴现象,然而传统的弹塑性本构模型未能考虑该现象的影响。通过在屈服面的切线方向增加一项非共轴塑性应变增量,即可实现对非共轴现象的反映。采用显式积分算法和自动分步方法,将非共轴本构模型运用到桶形基础地基承载力问题的有限元计算中,并讨论了流动法则、内摩擦角、膨胀角等因素与非共轴模型的联系。计算结果表明：采用有限元程序默认容许误差时,该本构模型可达到理想的收敛精度,并且,该模型对关联、非关联流动法则均适用。采用共轴模型进行数值计算时,不同流动法则对计算结果的影响可以忽略;采用非共轴模型时,不同流动法则的计算结果之间存在差异。非共轴现象对地基承载力-位移曲线具有软化作用,并且,该软化作用在采用非关联流动法则时变得更加明显 相似文献
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光滑粒子流体动力学（SPH）是近年来发展起来的一种纯拉格朗日无网格法,并因其在大变形领域内的优势而受到广泛关注。在进行滑坡大变形分析时,流动法则及剪胀角的选取对于边坡失稳后的运动特性有重要的影响。采用Fortran自行编写了基于SPH的边坡稳定性及失稳后大变形分析程序,然后通过2个经典的算例,讨论了不同流动法则及剪胀角的选取对滑坡大变形分析精度的影响。结果表明：（1）剪胀角的选取对土体失稳后的滑动距离有显著影响,随着剪胀角的增大,土体的滑动速度与距离呈明显增大趋势;（2）在关联性流动法则及非关联性流动法则? =1/2? （? 为剪胀角,? 为摩擦角）条件下,土体在大变形过程中会产生过度膨胀,且运动速度与距离要大于实际情况,而采用关联性流动法? =0时,对于非膨胀土可以得到比较令人满意的结果,但对于膨胀土体会使得运动速度和运动距离过小,不符合实际情况。建议在计算膨胀土大变形时,采用非关联性流动法则且适当考虑膨胀性（? =(0.1～0.2)? ）,可以得到较好的结果。 相似文献
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This paper presents an extension to the concepts and ideas put forward in three articles by the first author and his colleagues during the 1966–1967 period [1].An isotropic-kinematic hardening rule for sand is proposed applicable to both monotonic and cyclic loading conditions. It is based on the theory of bounding surface plasticity incorporating, as in the previous studies, a non-associated flow rule. A three dimensional formulation of the constitutive relation is provided and a comparison of the predicted behaviour and observed responses for a number of undrained loading programs is presented. 相似文献
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In classical plasticity there are clear mathematical links between the dissipation function and the consequent yield function and flow rule. These links help to construct constitutive equations with the minimum of adjustable parameters. Modelling granular materials, however, requires that the dissipation function depends on the current stress state (frictional plasticity) and this changes the mathematical structure—altering the links and invalidating the associated flow rule. In this paper we show, for a large family of dissipation functions, how much of the structure remains intact when frictional dissipation is included. The surviving links are examined using straightforward physically based graphical insight and well‐established mathematical techniques leading to a central result, which provides a mathematical justification for the procedural features of hyperplasticity. This should allow hyperplasticity to be used more widely and certainly with increased confidence. As an example of the effectiveness of the general method, two specific dissipation functions are constructed from the simple physical concepts of sliding friction and granule damage. One is based on a Drucker–Prager cone and the other a Matsuoka–Nakai cone, both incorporate kinematic hardening and a compactive cap. In each Case a single smooth yield function with consistent flow rules is produced. The computational usefulness of an inequality derived in the paper is demonstrated in the generation of the figures showing yield surfaces and flow directions by means of a simple maximization procedure. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd. 相似文献