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基于率效应的岩石材料次加载面动态模型在岩体工程中的初步应用

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岩石力学与工程学报 2017年第10期36卷 2503-2513页

作者：周永强盛谦冷先伦朱泽奇付晓东李娜娜中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 武汉科技大学城市学院湖北武汉430083

为较准确反映岩体工程在地震荷载下的响应,结合Drucker-Prager屈服准则和次加载面理论,初步构建基于Drucker-Prager准则的次加载面应力路径模型,在此基础上,除计算弹性模量的率效应之外,还在Drucker-Prager准则上考虑强度的率效应,提出... 详细信息

为较准确反映岩体工程在地震荷载下的响应,结合Drucker-Prager屈服准则和次加载面理论,初步构建基于Drucker-Prager准则的次加载面应力路径模型,在此基础上,除计算弹性模量的率效应之外,还在Drucker-Prager准则上考虑强度的率效应,提出岩石材料的动态模型,并把该模型运用到滇中引水香炉山隧洞中。计算结果表明,相对于Drucker-Prager准则,应力路径模型能较好地描述玄武岩在循环荷载下体现的曼辛效应和棘轮效应,由于没有考虑率效应,表现出应力–应变曲线的斜率没有试验曲线大,且累计应变也比试验曲线大;在岩石循环加卸载过程中,动态模型得出的模量上比次加载面应力路径模型模拟的要大,同时变形量也较次加载面应力路径模型要小,因此该模型能较好地反映岩石的动态力学性质和变形性质;相比于Drucker-Prager准则下,采用动态模型得出隧洞的左侧监测点和右侧监测点的瞬时相对变形峰值增大了0.67 cm,同样底部和顶部以及左右两侧的永久相对变形也分别增大了0.19和0.77 cm,说明动态模型可以较好地反映围岩残余大变形;岩石动态模型相对于Drucker-Prager准则和线弹性本构,更具有滤掉高频的功能。说明该模型能很好地运用到岩石动力学中,同时也为准确分析岩体工程在地震作用下的响应奠定了一个很好的基础。

关键词：岩石力学次加载面 Drucker-Prager准则率效应动态模型岩体工程

基于修正Drucker-Prager准则的岩石次加载面模型

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岩土力学 2017年第2期38卷 400-408,418页

作者：周永强盛谦朱泽奇付晓东中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071

为模拟岩石在循环加、卸载作用下的变形特性,结合Drucker-Prager(简称D-P)屈服准则与次加载面理论,建立了能考虑岩石材料实际抗拉强度和应力角效应的循环加、卸载模型。首先考虑岩石在三轴压缩和在三轴拉伸状态下不同的强度特性,在传统... 详细信息

为模拟岩石在循环加、卸载作用下的变形特性,结合Drucker-Prager(简称D-P)屈服准则与次加载面理论,建立了能考虑岩石材料实际抗拉强度和应力角效应的循环加、卸载模型。首先考虑岩石在三轴压缩和在三轴拉伸状态下不同的强度特性,在传统的D-P屈服准则中引入角隅模型,并借鉴殷有泉提出的D-P-Y准则,形成了修正的D-P屈服准则;进一步结合修正屈服准则和次加载面理论,提出了适用于岩石循环加、卸载的次加载面模型,并通过自编程序,实现了循环加、卸载模型的数值表达与岩石循环加、卸载试验数值仿真。计算结果表明,基于修正D-P屈服准则的次加载面模型能较好地描述岩石的曼辛效应和棘轮效应;通过改变抗拉强度的大小,可以发现随着抗拉强度的减小,岩石的变形量相应增加,且增加的幅度逐渐提高,说明修正模型可准确反映抗拉强度对岩石的循环加、卸载变形的影响。

关键词：应力角效应拉剪区修正的D-P准则次加载面循环加载

基于循环加卸载的次加载面模型在岩石中的初步应用

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岩石力学与工程学报 2015年第10期34卷 2073-2082页

作者：周永强盛谦冷先伦朱泽奇付晓东中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071

为模拟岩体工程在循环荷载作用下的变形特性及相应的稳定性,简要地介绍了次加载面的基本思想。为考虑岩石在三轴压缩状态下和在三轴拉伸状态下不同的强度特性,即应力角效应,在传统的Drucker-Prager屈服准则中引入一种角隅模型,从而形成... 详细信息

为模拟岩体工程在循环荷载作用下的变形特性及相应的稳定性,简要地介绍了次加载面的基本思想。为考虑岩石在三轴压缩状态下和在三轴拉伸状态下不同的强度特性,即应力角效应,在传统的Drucker-Prager屈服准则中引入一种角隅模型,从而形成了修正的Drucker-Prager屈服准则,基于该屈服准则,结合次加载面,提出适用于岩石循环加卸载的次加载面模型。通过参数敏感性分析,发现模型中参数u,C和χ的取值对反映岩石曼辛效应、棘轮效应的影响很大;为验证该模型的适用性和正确性,通过自编程序的数值模拟与岩石模型材料和玄武岩的循环荷载试验结果进行对比,结果表明该模型可以很好地描述岩石的动力变形特性,说明基于循环加卸载的次加载面模型可以运用到岩石中。

关键词：岩石力学次加载面修正的Drucker-Prager 角隅模型循环加卸载

基于广义塑性力学的土体次加载面循环塑性模型(Ⅰ):理论与模型

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岩土力学 2003年第2期24卷 141-145页

作者：孔亮郑颖人姚仰平宁夏大学物电学院固体力学研究所后勤工程学院土木工程系重庆400041 后勤工程学院土木工程系北京航空航天大学土木工程系

简要地介绍了次加载面理论的基本思想、假设及其物理解释。在广义塑性力学的框架内,引入次加载面的思想,把常规的椭圆-抛物线双屈服面模型,扩展为次加载面循环塑性模型,以反映循环荷载作用下土体的曼辛效应与棘轮效应。模型能考虑塑性... 详细信息

简要地介绍了次加载面理论的基本思想、假设及其物理解释。在广义塑性力学的框架内,引入次加载面的思想,把常规的椭圆-抛物线双屈服面模型,扩展为次加载面循环塑性模型,以反映循环荷载作用下土体的曼辛效应与棘轮效应。模型能考虑塑性应变增量对应力增量的相关性,既能反映土体的循环加载特性,又能反映正常固结土和超固结土的单调加载特性。

关键词：广义塑性力学次加载面循环塑性本构模型循环荷载作用曼辛效应棘轮效应

基于广义塑性力学的土体次加载面循环塑性模型(Ⅱ):本构方程与验证

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岩土力学 2003年第3期24卷 349-354页

作者：孔亮郑颖人姚仰平宁夏大学物屯学院宁夏银川750021 后勤工程学院土木工程系重庆400041 北京航空航天大学土木工程系北京100083

按广义塑性力学原理,导出了土体次加载面循环塑性模型的本构方程,建立了相应的加卸载准则以及模型参数的确定方法。通过多种应力路径下土的本构响应的模拟,表明次加载面循环塑性模型能较好地反映循环荷载作用下土体呈现的非线性、滞回... 详细信息

按广义塑性力学原理,导出了土体次加载面循环塑性模型的本构方程,建立了相应的加卸载准则以及模型参数的确定方法。通过多种应力路径下土的本构响应的模拟,表明次加载面循环塑性模型能较好地反映循环荷载作用下土体呈现的非线性、滞回性与变形的积累性三方面主要特征,初步验证了模型的有效性。

关键词：广义塑性力学次加载面循环塑性本构方程

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循环加载条件下混凝土的次加载面模型的研究

循环加载条件下混凝土的次加载面模型的研究

作者：马晓丽北京交通大学

学位级别：硕士

现阶段,适用于单调加载的混凝土本构模型的研究相对成熟,适用于循环加载的模型——由于建模难度大——还有较大的研究空间。本文采用次加载面理论建立混凝土的适用于循环荷载的本构模型。此前尚未见到用次加载面理论研究混凝土的力学行... 详细信息

现阶段,适用于单调加载的混凝土本构模型的研究相对成熟,适用于循环加载的模型——由于建模难度大——还有较大的研究空间。本文采用次加载面理论建立混凝土的适用于循环荷载的本构模型。此前尚未见到用次加载面理论研究混凝土的力学行为的文献报道。对于所建本构模型,选用了两类加载方式共4条路径进行验证：一种是沿偏平面循环加载,另一种是保持三个轴向应力比固定进行循环加载。为了与实验结果比较,将该模型编制成Fortran程序。对于沿偏平面加载,在偏量空间中,模型与实验的应力-应变关系曲线吻合较好;在球量空间中,二者差别略大。对于循环比例加载,在上升段模型与实验吻合的较好,在下降段误差较大。模型能够模拟混凝土的曼辛效应和棘轮效应。

关键词：混凝土循环加载次加载面曼辛效应棘轮效应

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混凝土在循环荷载作用下的次加载面模型

混凝土在循环荷载作用下的次加载面模型

作者：伍大鹏北京交通大学

学位级别：硕士

本文基于次加载面理论,提出了一个由体积屈服面和剪切屈服面组成的双屈服面本构模型。该模型适应各种复杂应力路径下的加载方式,以等效塑性应变作为内变量,描述了混凝土在循环荷载作用下的应力应变行为。加载前,次加载面与正常屈服面在... 详细信息

本文基于次加载面理论,提出了一个由体积屈服面和剪切屈服面组成的双屈服面本构模型。该模型适应各种复杂应力路径下的加载方式,以等效塑性应变作为内变量,描述了混凝土在循环荷载作用下的应力应变行为。加载前,次加载面与正常屈服面在主应力空间中都为一个点;加载后,随着塑性应变的积累,正常屈服面以等向硬化的扩展形式逐渐扩大,而次加载面的扩展形式是以混合强化的形式进行的,当次加载面与正常屈服面重合后,它们一起以等向硬化到达破坏面。在应力应变曲线进入下降段后,只有剪切屈服面产生作用,因为在应变继续增大的过程中,应力是逐渐减小的,应力点达不到体积屈服面,体积屈服面不再产生作用。模型意在模拟混凝土在复杂应力状态下循环加载的本构特性。应用Fortran语言编制计算程序,对循环加载比例dσz：dσx：dσy分别为1：0.1：0.1,1：0.15：0.15,1：0.2：0.2,以及固定侧压力P0取值分别为10MPa、20MPa、30MPa、40MPa七种加载方式进行了数值模拟。对试验和模型计算得到的应力应变曲线进行了比较：在峰值之前,模型与试验曲线存在一定的误差,但最大相对误差不超过20%;峰值之后，二者存在较大的误差,但是变化趋势与实验规律相符,此外,模型还能够模拟出混凝土出现的扩容现象。所以,模型能较好地模拟混凝土材料在循环荷载作用下的力学行为。

关键词：次加载面循环荷载动本构模型 Fortran语言

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基于次加载面的循环塑性模型研究

塑性工程学报 2020年第4期27卷 138-145页

作者：王孝文阚前华李建徐祥康国政西南交通大学力学与工程学院四川成都610031

为了准确模拟材料的棘轮效应,在经典的循环塑性理论框架下,引入次加载面概念并建立了基于次加载面的循环塑性模型,利用回退映射算法对该模型进行了数值实现。通过对比基于次加载面的循环塑性模型和经典的Armstrong-Frederick循环塑性模... 详细信息

为了准确模拟材料的棘轮效应,在经典的循环塑性理论框架下,引入次加载面概念并建立了基于次加载面的循环塑性模型,利用回退映射算法对该模型进行了数值实现。通过对比基于次加载面的循环塑性模型和经典的Armstrong-Frederick循环塑性模型发现,前者能够调控棘轮效应的演化速率,弥补了Armstrong-Frederick模型只能预测常速率棘轮效应的缺陷。通过材料参数分析揭示了不同参数对棘轮效应的影响规律,从而明确了材料参数的物理意义。最后,利用建立的基于次加载面的循环塑性模型对U75V钢轨钢和A7N01铝合金两种典型金属材料的棘轮效应进行了模拟。结果显示,模拟结果与实验结果吻合较好,所提出的模型可用于不同循环特性金属材料棘轮效应的预测。

关键词：次加载面循环塑性模型棘轮效应回退映射法