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Introduction to the Special Issue on Modeling of Heterogeneous Materials

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Computer Modeling in Engineering & Sciences 2023年第1期134卷 1-3页

作者： Lisheng Liu xihua chu Xinhua Yang Jianzhong Chen Qun Huang Hubei Key Laboratory of Theory and Application of Advanced Materials Mechanics Wuhan University of TechnologyWuhan430070China School of Civil Engineering Wuhan UniversityWuhan430070China School of Civil Engineering and Mechanics Huazhong University of Science and TechnologyWuhan430070China

In order to make up for the shortcomings of homogeneous materials and meet the needs of industry development,heterogeneous materials have been increasingly applied in aviation,automobile,bridge and other *** materials refer to advanced materials with non-uniform *** adjusting the structure or composition of heterogeneous materials,their performance may change in a specific direction to adapt to different environments and achieve special *** achieve wide applications of homogeneous materials,it is very important to be able to predict the performance and material response of heterogeneous *** method is a basic and important method to accomplish this *** methods for studying heterogeneous materials include finite element method(FEM),molecular dynamics(MD),peridynamics(PD)and so on.

关键词： materials. method shortcomings

基于微形态模型的颗粒材料中波的频散现象研究

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力学学报 2018年第2期50卷 315-328页

作者：修晨曦楚锡华武汉大学土木建筑工程学院工程力学系武汉430072

基于颗粒材料冲击与波动响应特性的调控波传播行为的超材料设计受到广泛关注,设计这类材料需要对颗粒材料的波传播机制及调控机理有深入认识.波在颗粒材料中传播的频散现象及频率带隙等行为与材料的非均匀性密切相关,通常讨论频散现象... 详细信息

基于颗粒材料冲击与波动响应特性的调控波传播行为的超材料设计受到广泛关注,设计这类材料需要对颗粒材料的波传播机制及调控机理有深入认识.波在颗粒材料中传播的频散现象及频率带隙等行为与材料的非均匀性密切相关,通常讨论频散现象是基于弹性理论框架建立微结构连续体或高阶梯度连续体等广义连续体模型来进行.本研究基于细观力学给出了一个颗粒材料的微形态连续体模型.在该模型中,考虑了颗粒的平动和转动,且颗粒间的相对运动分解为两部分:即宏观平均运动和细观真实运动.基于此分解,提出了一个完备的变形模式,得到了对应于不同应变及颗粒间运动的宏细观本构关系.结合宏观变形能的细观变形能求和表达式,获得了基于细观量表示的宏观本构模量.应用所建议模型考察了波在弹性颗粒介质的传播行为,给出了不同形式的波的频散曲线,结果显示此模型具有预测频率带隙的能力.

关键词：颗粒材料微形态模型波传播频散频率带隙

冲击载荷下颗粒材料临边界区域的波动行为及变形特征分析

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力学学报 2021年第9期53卷 2395-2403页

作者：王蕉楚锡华西南交通大学力学与工程学院成都611756 武汉大学土木建筑工程学院武汉430072

研究颗粒材料中的波传播问题在超材料制造方面有重要意义,如波传导超材料边界的设计需考虑应力波的反射和吸收等问题.本文从一维颗粒链中的波传播行为出发,根据距边界不同位置处颗粒能够得到的最大动能的不同,给出了临边界区域的定义.... 详细信息

研究颗粒材料中的波传播问题在超材料制造方面有重要意义,如波传导超材料边界的设计需考虑应力波的反射和吸收等问题.本文从一维颗粒链中的波传播行为出发,根据距边界不同位置处颗粒能够得到的最大动能的不同,给出了临边界区域的定义.然后分析了多组二维颗粒样本在冲击载荷作用下应力波的传播行为,主要考虑了不同边界形状及不同颗粒排列方式对应力波在临边界区域内传播行为的影响.研究表明,临边界区颗粒排列方式主要影响边界附近颗粒的相对位置和局部孔隙率;经边界反射后的应力波直接以边界形状在临边界区内传播,该结论在边界情况越复杂(高局部孔隙率,颗粒无序随机排列)时越准确;在临边界区域外(即材料中心区域),波前形状主要由波速决定.弧形边界对波反射的汇聚作用和临边界区域内颗粒的排列方式所引起的弥散作用是两个竞争因素,共同决定临边界区域内波的反射过程.最后分析了临边界区域内颗粒力链网络在反射前后的变化.该研究将为超材料设计提供借鉴.

关键词：颗粒材料离散单元法临边界区域应力波反射波前形状

颗粒材料的离散颗粒及间隙水渗流模型与数值模拟

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岩石力学与工程学报 2006年第12期25卷 2407-2415页

作者：楚锡华李锡夔大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室辽宁大连116024

基于离散颗粒模型的含间隙水颗粒材料液–固耦合分析,发展了Darcy渗流模型。应用特征线SPH方法求解液相,建立饱和与非饱和颗粒材料渗流模型的数值模型。数值例题给出饱和颗粒材料结构物在位移加载条件下的破坏模式及间隙水Darcy速度与... 详细信息

基于离散颗粒模型的含间隙水颗粒材料液–固耦合分析,发展了Darcy渗流模型。应用特征线SPH方法求解液相,建立饱和与非饱和颗粒材料渗流模型的数值模型。数值例题给出饱和颗粒材料结构物在位移加载条件下的破坏模式及间隙水Darcy速度与水压力分布,并进一步模拟降雨条件下非饱和颗粒材料结构物的瞬态渗流过程,显示该模型模拟含间隙水颗粒材料结构物液–固耦合及变形的良好性能。

关键词：渗流力学离散颗粒模型光滑质点流体动力学特征线颗粒材料液-固耦合

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颗粒材料修正的微形态连续体模型研究

重庆大学学报（自然科学版） 2020年第6期43卷 1-11页

作者：修晨曦楚锡华武汉大学土木建筑工程学院工程力学系武汉430072 大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室辽宁大连116024

基于细观力学给出了1个颗粒材料的修正的微形态连续体模型。在该模型中,考虑了颗粒的平动和转动,且对颗粒间的相对运动进行分解,认为颗粒的细观真实运动(包括平动和转动)是由细观平均运动与1个表征相对于平均运动的波动组成。对微曲率... 详细信息

基于细观力学给出了1个颗粒材料的修正的微形态连续体模型。在该模型中,考虑了颗粒的平动和转动,且对颗粒间的相对运动进行分解,认为颗粒的细观真实运动(包括平动和转动)是由细观平均运动与1个表征相对于平均运动的波动组成。对微曲率进行对称修正,推导得到了与对称应变张量共轭的对称柯西应力张量,与对称微曲率张量共轭的对称偶应力张量,以及与非对称相对应变张量(微曲率张量)共轭的非对称相对应力张量(偶应力张量)。基于运动分解与对称修正,最终得到了1个颗粒材料的1阶微形态宏观本构关系。宏观本构关系包括应力-应变关系,偶应力-微曲率关系,以及相对应力(偶应力)-相对应变(微曲率)关系。宏观本构模量通过表征细观信息的接触刚度、内部长度参数等识别。

关键词：颗粒材料细观力学微形态模型微结构

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Lode角对应力张量偏导数的基本性质

固体力学学报 2012年第3期33卷 296-301页

作者：徐远杰楚锡华余村武汉大学土木建筑工程学院工程力学系武汉430072

为计及岩土类材料塑性力学行为的中主应力影响或应力路径相关性,通常将应力张量Lode角/Lode数引入屈服函数与塑性势函数.由此在计算塑性应变增量时必然涉及Lode角/Lode数对应力的导数张量(记为T).然而,应力张量主值有重根时T的计算存在... 详细信息

为计及岩土类材料塑性力学行为的中主应力影响或应力路径相关性,通常将应力张量Lode角/Lode数引入屈服函数与塑性势函数.由此在计算塑性应变增量时必然涉及Lode角/Lode数对应力的导数张量(记为T).然而,应力张量主值有重根时T的计算存在困难.论文给出了T的主值计算方法及谱分解表达式并详细讨论了张量T的基本性质.

关键词： Lode角应力张量主值不变量导数

M-C与D-P屈服准则计算参数的能量等效方法及误差分析

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岩石力学与工程学报 2009年第8期28卷 1666-1673页

作者：楚锡华徐远杰孔科武汉大学土木建筑工程学院湖北武汉430072

基于应变比能的概念,在偏平面内建立了分别进入Mohr-Coulomb(M-C)和Drucker-Prager(D-P)屈服面时所需形状改变比能的差值公式,获得M-C材料参数向D-P计算参数等效的统一性方案。可为各种参数匹配方法提供统一的计算公式、误差估计和能量... 详细信息

基于应变比能的概念,在偏平面内建立了分别进入Mohr-Coulomb(M-C)和Drucker-Prager(D-P)屈服面时所需形状改变比能的差值公式,获得M-C材料参数向D-P计算参数等效的统一性方案。可为各种参数匹配方法提供统一的计算公式、误差估计和能量解释。在此基础上讨论各种参数匹配方法的差异仅在于能量误差控制条件不同,且偏平面内能量误差零点可用Lode角或应力路径表示,此外,还讨论能量误差零点时对应Lode角的多值性及系列D-P准则等价性的条件。

关键词：岩石力学岩土类材料屈服准则:应变比能应力路径参数匹配误差估计

非饱和颗粒材料的多孔连续体有效压力与有效广义Biot应力

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力学学报 2023年第2期55卷 369-380页

作者：李锡夔张松鸽楚锡华大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室辽宁大连116024 大连理工大学工程力学系辽宁大连116024 武汉大学土木建筑工程学院工程力学系武汉457002

多孔连续体理论框架下的非饱和多孔介质广义有效压力定义和Bishop参数的定量表达式长期以来存在争议,这也影响了对与其直接相关联的非饱和多孔介质广义Biot有效应力的正确预测.基于随时间演变的离散固体颗粒−双联液桥−液膜体系描述的Vor... 详细信息

多孔连续体理论框架下的非饱和多孔介质广义有效压力定义和Bishop参数的定量表达式长期以来存在争议,这也影响了对与其直接相关联的非饱和多孔介质广义Biot有效应力的正确预测.基于随时间演变的离散固体颗粒−双联液桥−液膜体系描述的Voronoi胞元模型,利用由模型获得的非饱和颗粒材料表征元中水力-力学介观结构和响应信息,文章定义了低饱和度多孔介质局部材料点的有效内状态变量:非饱和多孔连续体的广义Biot有效应力和有效压力,导出了其表达式.所导出的有效压力公式表明,非饱和多孔连续体的有效压力张量为各向异性,它不仅对非饱和多孔连续体广义Biot有效应力张量的静水应力分量的影响呈各向异性,同时也对其剪切应力分量有影响.文章表明,非饱和多孔连续体中提出的广义Biot理论和双变量理论的基本缺陷在于它们均假定反映非混和两相孔隙流体对固相骨架水力−力学效应的有效压力张量为各向同性.此外,为定义各向同性有效压力张量和作为加权系数而引入的Bishop参数并不包含对非饱和多孔连续体中局部材料点水力−力学响应具有十分重要效应的基质吸力.所导出的非饱和多孔介质广义Biot有效应力和有效压力公式(包括反映有效压力各向同性效应的有效Bishop参数)可在以协同计算均匀化方法为代表的非饱和颗粒材料计算多尺度方法中上传到在宏观非饱和多孔连续体设置了表征元的局部材料点.

关键词：非饱和多孔介质离散颗粒-液桥-液膜介观结构表征元 Voronoi胞元网络各向异性有效压力张量广义Biot有效应力张量

基于Cosserat近场动力学的纤维混凝土破坏模拟

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固体力学学报 2022年第3期43卷 318-331页

作者：陈壮楚锡华段庆林武汉大学土木建筑工程学院武汉430072 大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室大连116023

论文基于Cosserat近场动力学发展了一种纤维混凝土的近场动力学模型,对纤维混凝土的破坏现象进行研究.该模型考察了物质点独立的转动自由度和物质点间的力偶作用,而且有表征微结构尺寸的内禀长度,相比于传统的近场动力学模型,更适合描... 详细信息

论文基于Cosserat近场动力学发展了一种纤维混凝土的近场动力学模型,对纤维混凝土的破坏现象进行研究.该模型考察了物质点独立的转动自由度和物质点间的力偶作用,而且有表征微结构尺寸的内禀长度,相比于传统的近场动力学模型,更适合描述纤维混凝土这类胶结颗粒材料的力学行为.论文采用完全离散的方式对纤维进行建模,引入了纤维拔出实验中拔出位移和切应力的关系,并且采用组构张量描述纤维的局部分布.数值算例部分模拟了单纤维拔出实验、带预制裂纹的平板拉伸实验和三点弯曲梁实验.数值结果和已有的数值模型以及实验进行了对比,验证了所提出模型的正确性.此外,论文还调查了微结构对纤维混凝土破坏的影响,数值结果显示Cosserat剪切模量和内禀长度会影响裂纹的局部分布,但是不会改变裂纹的主方向.

关键词： Cosserat近场动力学纤维混凝土微结构数值模拟裂纹扩展