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高温下TC4合金的黏塑性本构模型研究

西北工业大学学报 2023年第1期41卷 65-72页

作者：何宇鑫马玉娥西北工业大学航空学院陕西西安710072

TC4合金广泛应用于高温环境下,基于TC4合金的单轴蠕变试验和高温拉伸试验研究了其高温下的黏塑性本构模型。提出一种不统一的考虑损伤的黏塑性本构模型,将非弹性应变分解为蠕变应变和塑性应变两部分,蠕变应变采用多轴延性耗竭模型计算,... 详细信息

TC4合金广泛应用于高温环境下,基于TC4合金的单轴蠕变试验和高温拉伸试验研究了其高温下的黏塑性本构模型。提出一种不统一的考虑损伤的黏塑性本构模型,将非弹性应变分解为蠕变应变和塑性应变两部分,蠕变应变采用多轴延性耗竭模型计算,塑性应变通过考虑损伤和随动硬化的屈服函数计算,并推导了该模型的有限元隐式积分算法和一致切向模量。使用遗传算法确定了该模型所需的材料参数,通过Abaqus有限元软件的UMAT子程序将该模型进行编程并采用三维八节点等参单元进行计算。由计算结果可知,该模型可以有效地预测TC4合金蠕变曲线的3个阶段以及高温拉伸过程中的软化阶段。

关键词： TC4合金蠕变高温拉伸黏塑性本构模型隐式积分算法

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基于改进角点理论的砂土非共轴模型及其应用

岩土工程学报 2021年第2期43卷 254-262,I0004页

作者：王兴孔亮李学丰青岛理工大学理学院山东青岛266033 青岛理工大学土木工程学院山东青岛266033 宁夏大学固体力学研究所宁夏银川750021

基于传统角点理论建立的非共轴模型虽然能够描述砂土的非共轴行为,但却具有一定的理论缺陷。提出了一种改进的角点理论并将其应用到了砂土状态相关剪胀模型中,从而建立了一个新的砂土非共轴模型。该模型仅在主应力方向改变的加载条件下... 详细信息

基于传统角点理论建立的非共轴模型虽然能够描述砂土的非共轴行为,但却具有一定的理论缺陷。提出了一种改进的角点理论并将其应用到了砂土状态相关剪胀模型中,从而建立了一个新的砂土非共轴模型。该模型仅在主应力方向改变的加载条件下给出非共轴塑性变形,克服了传统角点模型的不足。构建了模型的隐式积分算法和相应的一致性切线刚度张量,并通过Toyoura砂的单剪试验对算法进行了验证,证明了算法的正确性。最后,利用建立的模型分析了条形基础的承载力,预测结果表明:非共轴塑性的引入使得地基模型整体刚度下降,导致力学响应表现出一些软化特征,忽略非共轴塑性的影响可能导致工程设计偏于危险。

关键词：非共轴改进的角点理论隐式积分算法条形基础的承载力

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GH4169合金的循环本构模型研究

推进技术 2019年第2期40卷 416-423页

作者：卢孔汉张宏建贾鹏超南京航空航天大学能源与动力学院江苏南京210016

为研究GH4169合金在高温环境不同载荷条件下的非弹性响应力学行为,对其开展650℃下单轴拉伸和恒温低周疲劳试验,采用Bodner-Partom (B-P)统一本构理论对其力学行为开展数值模拟研究。通过试验,获得GH4169合金高温单轴拉伸曲线及半应变幅... 详细信息

为研究GH4169合金在高温环境不同载荷条件下的非弹性响应力学行为,对其开展650℃下单轴拉伸和恒温低周疲劳试验,采用Bodner-Partom (B-P)统一本构理论对其力学行为开展数值模拟研究。通过试验,获得GH4169合金高温单轴拉伸曲线及半应变幅为0.65%,0.75%及0.85%下的循环曲线,基于B-P理论并结合有限元方法,引入介于0～1的缩小因子,研究了本构方程隐式积分新算法,通过ABAQUS用户子程序,计算得到GH4169合金不同载荷条件下的数值模拟曲线。计算曲线与试验曲线均具有较好的一致性,说明B-P模型能较合理地建模GH4169合金的高温非弹性响应力学行为,同时验证了本文模型的完整性和计算程序的正确性。

关键词：合金载荷隐式积分算法弹性应力循环应力应变曲线

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非饱和黏土状态相关本构模型的数值实现

岩土力学 2017年第10期38卷 2799-2808页

作者：李舰韦昌富刘艳北京交通大学土建学院北京100044 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试验室湖北武汉430071

基于双重塑性机制,即剪切滑移和加载湿陷机制,及毛细滞回和变形间的耦合作用,提出了一个适用于非饱和黏土的状态相关本构模型。建立了该模型的隐式积分算法,并处理了双重固相屈服面交点处的应力积分问题。考虑了吸力与应力间的关系,推... 详细信息

基于双重塑性机制,即剪切滑移和加载湿陷机制,及毛细滞回和变形间的耦合作用,提出了一个适用于非饱和黏土的状态相关本构模型。建立了该模型的隐式积分算法,并处理了双重固相屈服面交点处的应力积分问题。考虑了吸力与应力间的关系,推导了本构关系的一致性切线模量。最后,利用该模型预测了一组非饱和黏土的三轴试验,以此反映模型的描述能力;对比了不同应变步长下应变控制试验的计算结果,并以此验证算法的收敛性和准确性;利用有限元程序平台U_DYSAC2计算了二维情况下非饱和土地区地基固结问题,从而验证所得一致性切线模量的有效性。

关键词：非饱和土状态相关本构模型隐式积分算法一致性切线模量

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亚塑性模型不同积分算法的数值实现

岩土力学 2017年第5期38卷 1510-1516页

作者：王仁超曹婷婷刘严如天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072

亚塑性模型是以Jaumann应力率张量及变形率张量描述的一种率型本构关系,本构关系在非线性有限元分析计算中具有关键作用,解决用应变增量求解应力响应的问题需要一个时间积分过程。针对亚塑性本构模型发展了自适应隐式和显式两种不同的... 详细信息

亚塑性模型是以Jaumann应力率张量及变形率张量描述的一种率型本构关系,本构关系在非线性有限元分析计算中具有关键作用,解决用应变增量求解应力响应的问题需要一个时间积分过程。针对亚塑性本构模型发展了自适应隐式和显式两种不同的积分算法,给出了误差控制的方法,同时推导了自适应隐式积分算法所需的一致切向模量,并采用了两个不同的单元,利用ABAQUS平台比较了两种积分算法的数值模拟结果。为了实现从ABAQUS/Standard到ABAQUS/Explicit的过渡,开发了UMAT-VUMAT接口,从而可以使已有的UMAT子程序用于大变形动力问题分析。算例分析证明了研究结果的正确性。

关键词：亚塑性隐式积分算法显示积分算法 ABAQUS平台

膨胀性非饱和土本构模型的隐式和显式积分算法的比较

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岩石力学与工程学报 2018年第7期37卷 1731-1740页

作者：李舰王鹏月海路朱彦华蔡国庆北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 北京交通大学土木工程国家级实验教学示范中心北京100044

对比膨胀性非饱和土本构模型的隐式和显式积分算法的精度和收敛性。该模型区分了膨胀性非饱和土宏观、微观孔隙的力学行为间及持水特性间的差异,并考虑力学与持水行为间的相互影响。模型较为复杂,建立过程中采用边界面理论、多重塑性机... 详细信息

对比膨胀性非饱和土本构模型的隐式和显式积分算法的精度和收敛性。该模型区分了膨胀性非饱和土宏观、微观孔隙的力学行为间及持水特性间的差异,并考虑力学与持水行为间的相互影响。模型较为复杂,建立过程中采用边界面理论、多重塑性机制、多个硬化参数、耦合硬化方程等。利用Euler向前算法,并结合自动分步技术及多重塑性机制发生判断方法,对该模型提出一种显式应力积分算法。其次,利用该算法及已有的隐式算法对不同计算步长的应变控制试验进行计算及对比,以此讨论2种算法的精度和收敛性。对比结果为复杂模型的应力积分算法的选取提供了依据。

关键词：土力学非饱和土双尺度结构多重塑性机制隐式积分算法显式积分算法

水力–力学耦合的超固结非饱和土本构模型的隐式积分算法及其应用

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岩土工程学报 2018年第9期40卷 1652-1658页

作者：李吴刚杨庆大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室辽宁大连116024 江南大学环境与土木工程学院江苏无锡214000

超固结非饱和土经常出现于工程实践中,表现出复杂的力学性质。从已有的非饱和土水力–力学耦合的本构模型出发,将超固结的影响加入到了模型中,使模型可以考虑超固结对非饱和土力学性质的影响。超固结非饱和土本构方程的求解是一个复杂... 详细信息

超固结非饱和土经常出现于工程实践中,表现出复杂的力学性质。从已有的非饱和土水力–力学耦合的本构模型出发,将超固结的影响加入到了模型中,使模型可以考虑超固结对非饱和土力学性质的影响。超固结非饱和土本构方程的求解是一个复杂的非线性问题,给出了该超固结非饱和土水力–力学耦合模型的隐式积分算法和本构模型的一致切线模量,并对该算法进行验证,证明了该算法的正确性,最后采用该算法对某非饱和土质边坡在地下水位上升的情况下进行有限元分析。

关键词：非饱和土超固结本构模型隐式积分算法数值模拟

适用于膨胀性非饱和土的边界面模型的数值实现

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岩石力学与工程学报 2017年第10期36卷 2551-2562页

作者：李舰赵成刚刘艳付海清北京交通大学城市地下工程教育部重点实验室北京100044 山东省地震局山东济南250014

基于完全隐式的Euler向后积分算法,对一个适用于膨胀性非饱和土的边界面模型提出一种应力积分方法。模型中的塑性变形具有双重机制即加载–湿陷机制和微观结构机制,并考虑力学行为与持水滞回间的耦合作用。依据当前应力状态、力学与持... 详细信息

基于完全隐式的Euler向后积分算法,对一个适用于膨胀性非饱和土的边界面模型提出一种应力积分方法。模型中的塑性变形具有双重机制即加载–湿陷机制和微观结构机制,并考虑力学行为与持水滞回间的耦合作用。依据当前应力状态、力学与持水模型中各塑性机制的发生情况,将应力积分过程中的当前增量步分为多种情况,针对每一情况利用Euler向后算法进行试算,并依据判定准则选取结果。其次,利用该模型分别对已有的吸力循环试验和三轴压缩试验进行了验证,以此反映模型的预测能力和算法的运行能力。最后,对比不同步长的应变控制试验路径下的计算结果,以此验证应力积分方法的稳定性和精度。

关键词：土力学非饱和土膨胀土边界面模型双重塑性机制隐式积分算法

基于弹塑性损伤本构模型的复合材料层合板破坏荷载预测

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复合材料学报 2017年第4期34卷 773-785页

作者：陈静芬暨南大学力学与建筑工程学院重大工程灾害与控制教育部重点实验室广州510632

在连续损伤力学和塑性力学框架内,建立一个同时考虑塑性效应和损伤累积导致材料属性退化的复合材料弹塑性损伤本构模型。基于最近点投影回映算法,开发本构模型的应变驱动隐式积分算法以更新应力及与解答相关的状态变量,并推导与所开发... 详细信息

在连续损伤力学和塑性力学框架内,建立一个同时考虑塑性效应和损伤累积导致材料属性退化的复合材料弹塑性损伤本构模型。基于最近点投影回映算法,开发本构模型的应变驱动隐式积分算法以更新应力及与解答相关的状态变量,并推导与所开发算法相应的数值一致性切线刚度矩阵,保证有限元分析采用NewtonRaphson迭代法解答非线性问题的计算效率。采用断裂带模型对已开发的本构模型软化段进行规则化,以减轻有限元分析结果的网格相关性问题。对损伤变量进行粘滞规则化,并推导出相应的粘滞规则化数值一致性切线刚度张量,解决了在有限元隐式计算程序中采用含应变软化段本构关系的数值分析由于计算困难而提前终止的问题。开发包含数值积分算法的用户材料子程序UMAT,并嵌于有限元程序Abaqus v6.14中。通过对力学行为展现显著塑性效应的AS4/3501-6V型开口复合材料层合板的渐进失效分析,验证本文提出的材料本构模型的有效性。结果显示,预测结果与已报道的试验结果吻合良好,并且预测精度高于其他已有弹性损伤模型。表明已建立的弹塑性损伤本构模型能够准确预测力学行为,展现显著塑性效应的复合材料层合板的破坏荷载,为其构件和结构设计提供一种有效的分析方法。

关键词：复合材料本构模型渐进失效分析塑性效应刚度退化隐式积分算法