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SANISAND本构模型对不同荷载下桩土相互作用的适用性研究

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太阳能学报 2024年第6期45卷 619-627页

作者：孟晓伟翟恩地许成顺北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室北京100124 金风科技股份有限公司北京100176

该文通过土体三轴试验数据确定本构参数,并建立场地试验和离心机试验的有限元模型,研究SANISAND本构模型对于静力、地震和循环荷载下桩土相互作用的适用性。结果表明,SANISAND本构模型能较好再现水平静力荷载下不同桩径的桩顶荷载-位移... 详细信息

该文通过土体三轴试验数据确定本构参数,并建立场地试验和离心机试验的有限元模型,研究SANISAND本构模型对于静力、地震和循环荷载下桩土相互作用的适用性。结果表明,SANISAND本构模型能较好再现水平静力荷载下不同桩径的桩顶荷载-位移特性,地震作用下加速度和孔压时程曲线变化趋势以及短期循环水平荷载下的桩变形特性,但无法较好地再现砂土由于剪胀引起的孔压负峰值和长期循环荷载下的累积变形,所以主要关注这些问题时建议选择更合适的本构模型。

关键词：海上风电单桩基础本构模型循环荷载地震

基于三剪统一强度理论的多晶冰软化本构模型研究及应用

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工程科学与技术 2024年第3期56卷 90-98页

作者：张革刘星炎刘恩龙三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室湖北宜昌443002 三峡大学土木与建筑学院湖北宜昌443002 石河子大学水利建筑工程学院新疆石河子832000 四川大学水利水电学院四川成都610041

随着全球气候变暖情况不断加剧,极地冰川正在加速退缩,冰川发生大规模崩塌、滑塌的频率逐渐增加。冰川冰的主要存在形式为多晶冰,开展多晶冰本构模型研究对于分析冰川稳定性具有重要的意义。本文基于三剪统一强度理论提出了能够反映中... 详细信息

随着全球气候变暖情况不断加剧,极地冰川正在加速退缩,冰川发生大规模崩塌、滑塌的频率逐渐增加。冰川冰的主要存在形式为多晶冰,开展多晶冰本构模型研究对于分析冰川稳定性具有重要的意义。本文基于三剪统一强度理论提出了能够反映中主应力影响的屈服函数和塑性势函数,考虑黏聚力随加载过程的变化规律,构建了基于等效塑性应变的硬化函数。采用非相关联流动法则建立能够反映多晶冰力学软化特性的弹塑性本构模型,利用多晶冰常规三轴剪切试验结果对提出的本构模型进行验证,结果表明,提出的弹塑性本构模型能够很好地描述多晶冰的偏差应力-轴向应变及体应变-轴向应变行为。随后,预测了不同中主应力系数条件下的多晶冰真三轴偏差应力-轴向应变及体应变-轴向应变行为。预测结果表明:多晶冰偏差应力-轴向应变曲线均表现出明显的软化,随着中主应力影响系数的增加,残余强度和峰值强度不断增加;体应变随着轴向应变的均表现出先体缩后体胀趋势,并且随着中主应力影响系数的增加,最大体缩量和最大体胀量不断增加。推导出多晶冰弹塑性本构模型的有限差分格式,并写入到数值软件Flac^(3d)中,利用单个单元对写入的本构模型的正确性进行了验证。研究结果旨在为冰川的稳定性评价提供理论及数值模拟基础。

关键词：冰川稳定性本构模型多晶冰数值模拟

超高性能混凝土单轴拉、压循环作用下力学性能及其本构模型研究

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工程力学 2024年第4期41卷 81-93页

作者：赵继之辛公锋陶慕轩崔文涛清华大学土木工程系土木工程安全与耐久教育部重点实验室北京100084 山东高速集团有限公司创新研究院山东济南250000 山东高速基础设施建设有限公司山东济南250000

超高性能混凝土(ultra-high performance concretre,UHPC)是一种新型材料,具有抗拉、抗压强度高、开裂后应变硬化等特点,在装配式结构领域具有较为广阔的应用前景。为了明确UHPC在单轴循环荷载下的受力性能并提出适合的本构关系,通过大... 详细信息

超高性能混凝土(ultra-high performance concretre,UHPC)是一种新型材料,具有抗拉、抗压强度高、开裂后应变硬化等特点,在装配式结构领域具有较为广阔的应用前景。为了明确UHPC在单轴循环荷载下的受力性能并提出适合的本构关系,通过大量的试验建立循环荷载下UHPC的本构模型,设计具有不同钢纤维掺量的棱柱体和狗骨直拉试件,开展不同加载制度的单轴压缩试验,分析试验结果以明确钢纤维掺量、养护方式和加载制度对UHPC单轴拉压力学性能的影响情况。试验结果表明,在受压方面,钢纤维体积含量为2%的UHPC峰值压应变明显高于钢纤维体积含量为1%和3%的UHPC峰值压应变。各UHPC试件的弹性模量明显大于普通混凝土的弹性模量。在受拉方面,UHPC呈现出一定的应变硬化现象,且达到峰值后拉应力下降较为缓慢,展现出一定的受拉延性。钢纤维体积含量和蒸养处理对UHPC试件的抗拉强度有明显的提高作用。最后,在试验数据的基础上,提出了UHPC受压和受拉的骨架曲线和滞回准则,并拟合了卸载(再加载)的计算公式,可用于有限元计算中UHPC的基本本构方程。

关键词：本构模型循环荷载拉伸试验压缩试验超高性能混凝土

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钛合金室温受压蠕变损伤本构模型

哈尔滨工程大学学报 2024年第4期45卷 642-650页

作者：郭育豪刘刚宋育泽大连理工大学船舶工程学院辽宁大连116024 大连理工大学工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室辽宁大连116024

为了解决工程上在评估深潜器耐压壳体安全可靠性时不考虑拉压蠕变破坏机理产生的差异,会导致较大计算误差问题,本文提出了适用于室温蠕变的蠕变损伤本构模型。通过分析钛合金材料蠕变特性,考虑了室温环境下位错堆积造成的蠕变阻力,并且... 详细信息

为了解决工程上在评估深潜器耐压壳体安全可靠性时不考虑拉压蠕变破坏机理产生的差异,会导致较大计算误差问题,本文提出了适用于室温蠕变的蠕变损伤本构模型。通过分析钛合金材料蠕变特性,考虑了室温环境下位错堆积造成的蠕变阻力,并且位错堆积的现象与时间有关。基于微分自洽法提出了适用于室温环境下的钛合金蠕变本构模型,得到受压情况下TC4ELI的相关材料参数,并将该模型用USDFLD和CREEP子程序进行定义。研究表明:对于受压结构而言,使用通过拉伸蠕变实验得到的本构模型的计算结果会过于保守,对于含V型缺口平板受压时等效蠕变应变的相对误差为168.20%。本文所提出的模型适用于环肋耐压壳结构的蠕变损伤分析。

关键词：钛合金室温蠕变蠕变损伤本构模型拉压不同连续损伤力学有限元法耐压壳

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基于耗散能演化的层状黄砂岩损伤本构模型及其验证

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工程科学学报 2024年第5期46卷 784-799页

作者：刘冬桥郭允朋李杰宇凌凯中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083 中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083

层理构造影响工程岩体力学性质及稳定性.为探究层理倾角对岩石变形损伤过程的影响,开展了0°,15°,30°,45°,60°,75°,90°共7种不同层理角度的黄砂岩纵波波速测试和单轴压缩试验,分析了层理角度对黄砂岩峰值强度、弹性模量及破裂模... 详细信息

层理构造影响工程岩体力学性质及稳定性.为探究层理倾角对岩石变形损伤过程的影响,开展了0°,15°,30°,45°,60°,75°,90°共7种不同层理角度的黄砂岩纵波波速测试和单轴压缩试验,分析了层理角度对黄砂岩峰值强度、弹性模量及破裂模式的影响,基于弹性模量劣化程度和耗散能演化特征分别表征黄砂岩初始层理损伤变量和荷载损伤变量,并借助Logistic函数模拟了层理与荷载耦合损伤变量演化全过程,探讨了层理角度对黄砂岩损伤演化规律的影响,进一步结合损伤力学理论与有效介质理论,建立了能够模拟单轴压缩下层状黄砂岩变形全过程的分段本构模型.结果表明:随层理倾角增大,黄砂岩纵波波速逐渐增大,峰值抗压强度和弹性模量呈现先减小后增大再减小的倒N型变化趋势,各向异性特性明显;黄砂岩破裂模式与层理倾角密切相关,倾角在0°~60°范围内时,主要发生穿切层理弱面的劈裂型张拉破坏,倾角为75°和90°时,岩样发生沿层理弱面的剪切滑移和劈裂张拉破坏;基于耗散能表征的损伤演化曲线可分为初始无损伤、损伤开始、损伤加速及损伤减速终止4个过程,借助Logistic函数构建的理论损伤模型可以很好的模拟和预测层状黄砂岩损伤演化全过程;初始层理损伤最大值与最小值之比约为1.41,表明层理倾角对黄砂岩初始损伤影响较大;建立的分段本构模型可以较好的描述层状黄砂岩单轴压缩应力–应变全过程,且理论模型曲线与试验数据吻合度高.

关键词：岩石力学层理倾角能量耗散损伤演化本构模型

基于分子链演化的NEPE推进剂基体超弹本构模型

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含能材料 2024年第5期32卷 518-527页

作者：刘俊梁爽刘向阳郜婕华中科技大学航空航天学院湖北武汉430070 北京理工大学宇航学院北京100081 中国航天科技集团有限公司四院四十一所陕西西安710025

为了揭示硝酸酯增塑聚醚(NEPE)推进剂基体内高分子链结构演化与超弹性力学行为间的构效关系,采用多尺度方法,对复杂变形状态下NEPE推进剂基体内的高分子链演化过程及其表征模型进行了研究。首先,在基体黏合剂、固化剂和增塑剂等组分微... 详细信息

为了揭示硝酸酯增塑聚醚(NEPE)推进剂基体内高分子链结构演化与超弹性力学行为间的构效关系,采用多尺度方法,对复杂变形状态下NEPE推进剂基体内的高分子链演化过程及其表征模型进行了研究。首先,在基体黏合剂、固化剂和增塑剂等组分微观模型的基础上,通过对基体体系的分子动力学模拟,发展了描述复杂变形状态下交联链和自由链构形演化的动力学模型。随后,基于统计力学理论对系统自由能中交联链和自由链演化的贡献进行了定量表征,并建立了考虑高分子链交联、缠结效应的超弹本构模型。最后,结合NEPE推进剂基体胶片准静态拉伸实验数据对本构模型进行了验证。结果表明,相较于经典Arruda-Boyce超弹本构模型,基于物理机制的本构模型中本构参数具有真实的物理意义,可以通过物化实验进行参数标定,能较好地预测复杂变形状态下的基体超弹性行为,从而为推进剂基体力学性能的调控和组分优化提供模型支持。

关键词：推进剂基体超弹性本构模型物理机制分子动力学高分子链密度

砂土与结构物界面的应力-位移-微结构特性及本构模型

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岩石力学与工程学报 2024年第6期43卷 1549-1560页

作者：叶至韬高玉峰黄星博孙逸飞河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室江苏南京210024

砂土与结构物界面受剪时微结构会发生演变,并产生状态依赖的应力位移行为。采用界面直剪仪对不同常法向刚度和常法向应力条件下的砂土-钢板界面进行单调和循环剪切试验,并通过高清图像识别技术分析剪切过程中的界面微结构的演变,发现:... 详细信息

砂土与结构物界面受剪时微结构会发生演变,并产生状态依赖的应力位移行为。采用界面直剪仪对不同常法向刚度和常法向应力条件下的砂土-钢板界面进行单调和循环剪切试验,并通过高清图像识别技术分析剪切过程中的界面微结构的演变,发现:常法向刚度和常法向应力条件下单调剪切时界面均发生不同程度的剪胀,常法向应力条件下的剪切会使试样产生更明显的软化行为和较多的微结构变化,即颗粒概率熵会随着剪切位移的增大而逐渐增加;循环加载时,处于临界状态线下方的界面土会交替出现剪缩和剪胀现象,伴随着界面的微结构发生波动演变,界面总体会表现出较强的剪缩;先期循环剪切会使得界面发生强度弱化;可见微结构演化影响着界面土的剪胀。为描述此类现象,提出基于微结构演化的动态剪胀状态线,据此建立砂土-结构物界面的非关联随动硬化弹塑性本构模型。模型有12个参数,均可通过试验获得。通过模拟试验数据发现,模型可以合理描述界面的剪胀和软化等力学行为,特别是循环荷载作用下界面的强剪缩行为。

关键词：土力学界面微结构剪胀状态参数本构模型

基于随机森林和支持向量机的Mo-Nb合金本构模型

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中国有色金属学报 2024年第2期34卷 453-461页

作者：黄文杰王克鲁鲁世强钟明君李鑫曾权周潼汪增强南昌航空大学航空制造工程学院南昌330063

在变形温度为900~1200℃、应变速率为0.01~10 s^(-1)条件下,采用Gleeble-3800型热模拟试验机对Mo-Nb合金进行等温恒应变速率压缩实验,研究Mo-Nb合金的流动应力行为,并采用随机森林和支持向量机的方法建立该合金的本构关系模型。结果表明... 详细信息

在变形温度为900~1200℃、应变速率为0.01~10 s^(-1)条件下,采用Gleeble-3800型热模拟试验机对Mo-Nb合金进行等温恒应变速率压缩实验,研究Mo-Nb合金的流动应力行为,并采用随机森林和支持向量机的方法建立该合金的本构关系模型。结果表明:Mo-Nb合金是负温度和正应变速率敏感型材料,其流动应力随变形温度升高和应变速率降低而减小;随机森林和支持向量机本构关系模型的训练样本的相关系数和平均相对误差分别为0.989、0.998及2.41%、0.94%,测试样本的相关系数和平均相对误差分别为0.991、0.996及2.47%、1.4%,二者都具有较好的预测能力;支持向量机本构关系模型精度高于随机森林,因此,支持向量机本构关系模型更适于预测Mo-Nb合金的流动应力。

关键词： Mo-Nb合金本构模型随机森林支持向量机

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硅橡胶压缩力学性能及率相关本构模型

北京理工大学学报 2024年第3期44卷 231-238页

作者：王逸凡徐豫新张浩宇焦晓龙吴宗娅北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081 山西江阳化工有限公司山西太原030041

研究了典型超弹性材料硅橡胶压缩力学性能及率相关本构模型.采用Instron万能材料试验机和分离式Hopkinson压杆(SHPB)试验装置对硅橡胶进行了准静态和动态压缩测试,基于测试结果分析了硅橡胶材料在0.001、0.01、0.1、1750、2300和3000 s^... 详细信息

研究了典型超弹性材料硅橡胶压缩力学性能及率相关本构模型.采用Instron万能材料试验机和分离式Hopkinson压杆(SHPB)试验装置对硅橡胶进行了准静态和动态压缩测试,基于测试结果分析了硅橡胶材料在0.001、0.01、0.1、1750、2300和3000 s^(−1)应变率下的力学行为.测试结果表明,硅橡胶在静态载荷下有显著的超弹性特性,动态载荷下表现出明显的应变率效应,弹性模量与应变率比值对数之间存在非线性关系;据此,建立了率相关本构方程来描述硅橡胶在静、动态压缩载荷下的力学行为,与现有模型相比,所建立的本构方程参数仅有5个,在试验应变范围内应力最大误差保持在15%以内,与试验结果有良好一致性.

关键词：本构模型硅橡胶应变率相关压缩力学性能