地下电站厂房层状围岩位移的动态效应研究

层状复合围岩岩体软硬相间，不满足均匀、连续及各向同性的要求．研究依据多种测试手段，对开挖后围岩的稳定性和变形进行实时监测．并对数值模型进行三维非线性弹塑性计算、分析，比较准确地预测了围岩的动态变化过程，研究了层状围岩位移和应力的变化规律。     

基于LS-DYNA的理想弹塑性材料本构关系模型开发基本方法

LS-DYNA是一款功能强大的有限元分析计算软件,软件自身含有强大的材料库,更允许用户添加自定义的材料本构关系模型,用于得到更准确的仿真结果。基于该平台,介绍了该软件与用户自定义材料子程序之间的数据交互关系,并利用弹塑性力学相关知识,分别建立了理想弹塑性材料的弹性本构关系与塑性本构关系,最后通过算例验证了所构建材料本构关系的正确性,并编写了基于LS-DYNA平台的理想弹塑性材料本构关系,介绍了开发的基本方法,为应用自编写复杂本构关系材料的工程仿真提供了基础。     

二维网格结构的拟膜分析法

分析了具有正交对角型单胞的平面网格结构。将其比拟为平面膜结构,并求出膜的面内刚度参数。给出平面网格结构嵌入各向同性基体材料而成的复合材料板的弹性本构参数表达式,并用数值方法简单验证了复合材料弹性本构参数表达式的正确性。     

基于FLAC3D的调压井开挖三维应力应变分析

 采用有限差分法大型商用软件FLAC3D对某水电站调压井井筒的开挖过程进行三维非线性模拟,采用三维弹塑性本构模型,构建了调压井的三维计算数值模型,准确模拟边坡坡体结构、初始地应力、施工开挖过程等,并采用FLAC3D中的锚杆单元模拟调压井开挖时的锚固措施,分析锚杆布置的合理性与安全性,根据计算结果分析调压井所处边坡区域的岩体在开挖施工期及运行期典型工况下的应力和变形状况,对调压井的整体、局部稳定性进行了评价分析。     

混凝土受压性能的非均质细观数值模拟

将混凝土看作是由骨料、砂浆及它们之间的界面组成的三相复合材料,在细观层次上建立了非均质混凝土棱柱体试件的随机骨料模型,分别赋予细观单元弹脆性损伤本构关系或弹塑性本构关系,研究了采用不同本构关系的混凝土棱柱体试件在单轴压缩荷载作用下的细观损伤演化过程,获得了相应的混凝土单轴受压宏观应力-应变曲线,并将计算结果与试验结果做了比较.结果表明:混凝土试件的破坏是由于细观损伤的积累导致的;非均质模型计算所得的宏观应力-应变曲线上升段与试验结果吻合相对较好,弹塑性本构模型计算所得的曲线下降段比弹脆性模型更接近于试验曲线.     

耦合各向异性蠕变损伤的黏弹性薄板的弯曲

设损伤张量的主方向与应力张量主方向相同,基于Schapery的耦合损伤增长的对应原理,得到考虑各向异性蠕变损伤的黏弹性本构关系.将薄壁结构沿厚度方向分层,建立层合模型,且由Kachanov的损伤演化方程描述损伤沿层中各点处2个主方向的发展.具体分析了承受均布荷载的四边简支黏弹性薄板的弯曲,给出耦合各向异性损伤黏弹性薄板蠕变弯曲问题的控制方程、边界条件以及求解方法.数值算例表明:黏弹性薄板弯曲时的材料主方向与时间基本无关;当荷载在一定范围内时由于内力的重新分布,考虑损伤后的黏弹性薄板挠度最后趋于稳态值;损伤沿厚度方向的非均匀演化引起拉弯耦合效应增加了板的变形;基于各向同性损伤模型所得板的蠕变变形大于各向异性损伤模型所给出的值.     

一种拉延筋数值迭代分析模型

采用Love Kirchhoff假设及平面应变假设,通过对板料在拉延筋处变形过程的分析,建立了一种用于计算拉延筋阻力的二维拉延筋数值迭代分析模型.该模型不仅考虑了板料厚度变化、材料各向异性、中性层偏移,而且通过引入应变记忆因子构建了一种考虑板料混合强化特性的简易循环加载本构关系.数值计算结果表明,该模型能够有效地反映材料的加工硬化特性及包辛格效应.     

油用牡丹茎秆切割本构方程及其参数测定

  目的  油用牡丹是我国特有的木本油料树种，属于多年生小灌木，其果实采收可以采用茎秆切割的方式，而灌木茎秆切割机理研究一直是林业生产中的难点问题之一。研究灌木茎秆在不同应变率下的动态力学性能并建立其本构模型对茎秆切割有着重要意义。  方法  通过准静态拉伸试验和动态拉伸试验，研究茎秆塑性变形特点，并提出以Johnson-Cook模型作为本构模型，根据模型参数的物理意义，试验拟合得到模型参数。采用ANSYS/LS-DYNA软件模拟分析了油用牡丹茎秆切割过程，并对仿真结果与试验结果进行了相关性分析。  结果  准静态拉伸试验结果表明茎秆断裂过程存在明显的应变硬化现象；动态拉伸试验结果说明茎秆断裂存在显著的应变率效应，拉伸强度随应变率增加而增加；基于试验结果拟合得到了Johnson-Cook模型作为茎秆本构方程时的材料参数值；应用这些参数的模型在茎秆切割仿真中，切割力与切割能量与试验结果对比均无显著性差异，验证了本构方程及参数测定的准确性。  结论  基于Johnson-Cook模型建立了油用牡丹茎秆切割本构方程并验证了其可靠性，为油用牡丹茎秆切割性能的数值模拟研究及采摘机割刀设计提供了依据。      

扰动状态概念模型在三峡大坝3#坝段稳定性分析中的应用

采用扰动状态概念模型分析三峡大坝3#坝段的稳定性.材料的本构模型采用扰动状态概念本构模型,其中岩石和混凝土的模型参数可根据所提供的材料基本参数及单向压缩试验和常规三轴压缩试验求得;而断层的扰动状态概念模型参数则根据位移反分析法反演,反演时采用遗传算法进行优化.分析大坝稳定性时,采用强度储备法进行追踪计算,采用VC 与Matlab混合编程的方法编制了三维有限元程序进行数值计算,把控制点位移出现拐点确定为坝段的抗滑安全系数,以此得到合理的安全系数.     

考虑应变率影响的单轴受压岩石动态变形过程模拟

针对岩石的动态变形特征，引进Kelvin模型，采用粘性元件和弹塑性元件模型并联的方法，建立岩石单轴压缩的受力分析模型，以此反映加载速度或应变率对岩石动态变形特性的影响。通过探讨岩石动态变形过程的体积变化影响，引进统计损伤理论，建立弹塑性体损伤统计本构模型。进而建立可反映加载速度或应变率影响的单轴受压岩石统计损伤本构模型，并提出其参数确定方法。实例分析表明：该模型不仅能反映岩石强度和弹性模量或刚度随应变率提高而增加的特性，而且能较好地模拟单轴受压岩石的动态变形过程，具有一定的合理性。     

页岩力学参数各向异性对井壁应力的影响

页岩具有较明显的强度和弹性各向异性,在横观各向同性和连续均匀线弹性地层介质的基础上,建立了各向异性页岩地层的井壁应力计算模型,采用Matlab软件编制了数值解的求解程序,分析了在3种不同断层应力状态下页岩力学参数对井壁应力的影响规律。结果表明:在各向异性页岩地层中,断层的地应力状态会明显地影响井壁应力场的分布形态,尤其是在地应力极值附近;在3种断层应力状态中,正断层地应力状态下井壁应力分布的非均匀性最大;岩石的弹性模量各向异性度会造成水平井井壁应力的二次分布,而泊松比各向异性度对水平井井壁应力分布没有影响;弹性模量各向异性度对井壁应力的影响在其最大值和最小值附近呈现出相反的规律。     

损伤对钢筋混凝土板非线性静动力响应的影响

基于不可逆热力学原理，导出了一般各向异性弹脆性材料的损伤本构关系及损伤演化方程，根据Von Karman板理论，建立了双参数弹性地基上钢筋混凝土板的非线性动力控制方程．应用有限差分法和Newrnavk-β法将未知函数离散，然后对方程进行迭代求解．计算结果显示，损伤对结构的非线性静、动力响应有很大的影响。     

地基极限承载力的无网格分析

在无网格伽辽金法的基础上,利用应力应变增量形式表征了基于Drucker-Prager屈服准则的土体弹塑性本构关系;在小变形假设的前提下,实现了基于增量本构关系的弹塑性分析的无网格伽辽金法;采用罚参数修正了能量变分方程式,方便地实现了无网格伽辽金法的本质边界条件;并采用Newton-Raphson增量迭代法计算地基土体的极限荷载,其分析结果与静载试验结果吻合较好,验证了本文方法的合理性,进一步拓展了无网格伽辽金法的应用范围.同时与有限元计算结果作了对比研究,体现了无网格法的优越性.     

电阻应变法测定杉木弹性常数的研究

测试杉木的弹性常数，研究木材采用正各向异性体模型的限制条件。结果表明，可以采用电阻应变法以单轴压缩试件测定木材弹性常数；所测木材弹性常数满足正交各向异性材料的限制条件。     

金属有限变形问题中应力应变的选择

在假设弹性系数为常数的前提下,采用有限变形弹塑性有限元法,研究了单向压缩时如何用简单的幂次本构关系来逼近载荷－位移实验曲线,将这一本构关系推以多维弹塑性大变 ,用于解决金属成型问题时,受变形大小的限制嘱 用具有能量共轭关系的旋转克希霍夫应力和对数应变进行计算,则不受变形大小的限制,可得到满意的计算结果。     

钢筋砼柱分段截面离散屈服面模型法的空间非线性分析

引进子结构技术,将塑性区的截面离散建立在砼多轴弹塑性硬化松驰本构模型基础上,采用屈服面理论,提出了分段截面离散的屈服面模型法,计算分析表明,理论分析与实验结果吻合良好,可用于研究压、双弯、扭柱的空间非线性分析。     

木材单磨粒砂带磨削机理研究

基于多线性弹塑性材料本构模型和Shear Damage损伤准则,建立椴木单颗粒砂带磨削的有限元仿真模型;通过有限元模型,研究了单磨粒切削的成屑机理、切削力以及切削深度和弹性支撑对切削力的影响。结果表明:从成屑机理角度,可将单颗磨粒切削过程分为滑擦、耕犁和切削3个过程。在稳定切削阶段,切削深度对切削力的影响较大,随着切削深度的增加,平均切向切削力及其标准差均增大,但其变异系数略微减小。理想条件下,弹性支撑切向切削力的标准差比刚性支撑大44.74%,考虑外界扰动后弹性支撑切向切削力的标准差比刚性支撑小8.54%。     

黏土弹塑性变形的数值模拟方法研究

在对黏土土样进行典型土力学实验的基础上,根据岩土材料的弹塑性理论,选取适用于岩土类材料的Drucker-Prager准则和与之相关的流动法则,对土样单轴压缩实验采用有限元软件进行数值模拟。模拟与试验结果比较表明:预测得到的屈服面与试验所得破坏面的方位吻合很好,证明所选的土的弹塑性模型是正确的;笔者提出的从土样试验提取模型参数,并根据土样特征选取相应模型进行数值计算的研究方法是可行的,适用用于土工程屈服失效问题的数值计算。     

非贯通节理岩体多层结构模型研究Ⅱ——模型验证与参数分析

依据非贯通节理岩体多层结构模型,通过ABAQUS的用户材料子程序UMAT建立了基于ABAQUS平台的数值计算模型。为验证模型的合理性与有效性,将非贯通节理岩体退化模型与Zienk-iewicz节理岩体模型进行了对比并进行了参数分析。结果表明,两者基本符合,Zienkiewicz节理岩体模型可以认为是多层结构模型的特例;对于非贯通节理岩体,其性状受优势节理控制,在优势节理贯通后次级节理出现滑移与开裂;节理剪胀角、初始连通率及间距等参数对岩体变形有重要影响。随着剪胀角增加,裂纹应变减小,开裂区域增大;随着连通率增加,开裂区域由全局带状转为局部块状;当节理间距增大时,由一条滑带转化为多条滑带。     

管板组合结构等效力学模型

通过将管板组合结构等效为正交各向异性板的方法,探讨该类结构的力学响应的计算方法.首先从平面问题本构方程出发,应用变形协调条件得到其等效材料参数,然后应用刚度分析法得到其等效厚度与等效密度,最后通过与3D有限元结果比较说明等效模型的正确性.