岩性材料动力抗剪本构模型研究及其有限元实现

作     者：李红 

作者单位：河海大学 

学位级别：硕士

导师姓名：宫必宁

授予年度：2007年

学科分类：08[工学] 080104[工学-工程力学] 0815[工学-水利工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

主      题：动力抗剪特性 应变率 损伤弱化 应变率强化 本构模型 用户自定义 有限元 

摘      要：岩性材料是一种率敏感性材料，岩性材料动力抗剪试验研究表明，影响岩性动力抗剪强度的因素主要有两方面：应变率强化效应和损伤弱化效应。然而，人们在用大型通用有限元软件分析地震载荷作用下边坡抗滑稳定时，通常采用材料的静态剪切参数进行动力分析，或对材料参数提高一个系数，或是对抗滑稳定安全系数进行折减。主要原因是，现今大型通用有限元软件如：ADINA、ANSYS、ABAQUS等材料库中的弹性材料、理想弹塑性材料、混凝土材料、摩尔库仑材料本构都建立在静力基础之上，无法体现材料的动力特性。 我国很多大坝、电站建立在西部，而西部又是多震地区，对结构抗震和边坡抗滑稳定分析至关重要，因此构建适合岩性材料的动力抗剪特性的动力抗剪本构模型以及在有限元中实现势在必行。 本文主要进行了以下几个方面的工作： (1)基于河海大学振动台上的岩性材料动力抗剪特性的结果，总结加载速率或应变率对材料的两个主要影响因素—应变率强化因子和损伤弱化因子的演化规律，为材料动力抗剪本构模型打下了基础。 (2)借鉴Perzyna粘塑性基本理论，引进应变率强化因子和损伤弱化因子，建立了考虑损伤的岩性材料弹—粘塑性动力抗剪本构模型。 (3)为了将本文的考虑损伤的岩性材料弹—粘塑性动力抗剪本构模型应用到有限元中，本文利用通用程序ADINA提供的用户自定义材料接口以及Fortran语言，编制了岩性材料动力抗剪本构程序，扩展了通用软件的功能。 (4)调用用户自定义材料模型，对试验模型进行有限元计算，与试验结果进行对比分析，验证动力本构模型程序的正确性。 (5)分别采用摩尔库仑材料和本文的弹—粘塑性材料，对百色水电站高边坡进行了动力稳定分析。