一、一种新的弹塑性本构矩阵及应用(论文文献综述)
焦鹏[1](2021)在《局部轴压下薄壁圆柱壳结构的屈曲行为及设计方法研究》文中进行了进一步梳理随着现代工业对大型工程结构功能和安全要求的提高,薄壁圆柱壳结构正朝着大型化、轻量化和高可靠性的方向不断发展,而日益严苛的服役条件也使它们所处的外部载荷工况更加复杂。其中,典型的一种载荷工况便是薄壁圆柱壳结构由于受相邻结构部件或附属设备的联结、约束、动作或外部环境变动等因素影响而承受局部轴压载荷,该工况下薄壁圆柱壳结构潜在发生屈曲的风险。然而,目前关于局部轴压下薄壁圆柱壳结构屈曲问题的研究还十分匮乏,尚无可靠的屈曲设计方法。现有围绕薄壁圆柱壳结构轴压屈曲问题的研究绝大多数是基于理想均匀轴压载荷工况开展的,已建立的相关屈曲设计方法对局部轴压薄壁圆柱壳结构的适用性和可靠性值得商榷。基于此,本文系统开展了局部轴压下薄壁圆柱壳结构的屈曲行为及设计方法研究,主要的研究工作和结论如下:(1)开展了局部轴压下薄壁圆柱壳结构的屈曲试验。建立了特定工艺下金属薄壁圆柱壳的初始几何缺陷数据库,成功获得了局部轴压下真实圆柱壳试件的应变变化曲线、轴压载荷-位移曲线、屈曲临界载荷以及屈曲模态。试验结果表明,在一定范围内,随着局部轴压载荷作用范围θ的逐渐增大,圆柱壳屈曲临界载荷呈近似线性提高;而当θ≥150°后,其屈曲临界载荷与均匀轴压圆柱壳较为接近。(2)建立了基于实测初始几何缺陷的局部轴压薄壁圆柱壳屈曲分析数值模型,经比较,屈曲载荷模拟值与试验值之间的误差在0.6%~11.7%,平均误差约为6.3%,验证了模型的可行性和准确性。阐明了局部轴压下薄壁圆柱壳的屈曲变形过程和失效模式,揭示了局部轴压下圆柱壳的屈曲失效机理和屈曲临界载荷变化规律,弄清了材料性能、结构特征和局部轴压载荷与纵焊缝的相对位置三方面因素对圆柱壳屈曲行为的影响。(3)系统分析了局部轴压下薄壁圆柱壳的实测初始几何缺陷和局部凹坑缺陷的敏感性。探明了实测初始几何缺陷的形貌和幅值对圆柱壳屈曲行为的影响,并揭示了实测初始几何缺陷影响圆柱壳屈曲载荷的根本原因;阐明了局部凹坑缺陷的幅值、分布范围、分布位置以及不同凹坑组合对屈曲载荷的影响规律;建立了能够有效考察倾斜加载缺陷和壳体厚度分布不均匀缺陷影响的确定性分析数值模型,并讨论了圆柱壳对于这两种非传统初始缺陷的敏感性,定量地给出了非传统初始缺陷对屈曲载荷的折减影响系数。(4)提出了一种新的考虑初始缺陷影响的局部轴压圆柱壳弹塑性屈曲载荷预测方法。分析了扰动探测法在预测轴压圆柱壳屈曲临界载荷方面的局限性并揭示了其中原因;根据扰动探测的思想,构建了基于探测支反力-探测位移曲线波谷值外推预测局部轴压圆柱壳弹塑性屈曲载荷下限的新方法,并基于试验结果验证了新方法的有效性和可靠性。(5)建立了局部轴压下薄壁圆柱壳结构的屈曲下限设计方法。提出了考虑弹塑性和长径比影响的轴压圆柱壳屈曲载荷修正计算公式,建立了理想局部轴压薄壁圆柱壳屈曲载荷的快速计算公式,并验证了该计算公式在实际工程应用中的可行性和准确性;引入圆柱壳塑性影响系数和结构特征参数的概念,构建了基于屈曲分类的轴压薄壁圆柱壳屈曲载荷折减因子计算模型。相较于已有的计算模型,该模型能够同时考虑壳体屈曲失效类型和长径比的影响,安全性高,保守程度更低。
王洪[2](2021)在《基于欧拉网格有限元梁模型的型材多辊矫直数值模拟研究》文中提出型材在生产及运输过程中容易出现弯曲缺陷,常常需要进行矫直以改善平直度。利用数值模拟可以节省矫直工艺开发的成本。多辊矫直的模拟通常采用拉格朗日网格,存在型材较长时网格数量多、辊轮与型材接触处理效率低等问题。因此,本文提出一种基于欧拉网格的多辊矫直数值模拟的新方法:只对矫直机跨内空间进行网格剖分,网格数量更少;工件与辊轮的接触转变为工件的边条件,不必引入接触算法;方便建立变曲率、变截面参数的工件模型,只需要设置矫直机入口处型材的截面参数为时间相关的变量即可。首先推导了基于欧拉网格的弹塑性梁模型的控制方程。发现相比传统的拉格朗日观点下的有限元梁模型控制方程,欧拉观点下的方程需要额外增加一项,指出该项的物理意义是假设型材通过矫直机时构型不变,而材料发生流动引起的内力不平衡量。基于经典的Hermite插值方案,推导了控制方程的有限元离散形式,并对方程的组装、边界条件的施加、非线性求解方案进行了探讨。在此基础上,使用MATLAB开发了多辊矫直的欧拉网格有限元分析程序。设计程序数据输入方式,以实现不同矫直工况的快速、灵活的建模;编写求解模块,采用了带自适应子步长调整的割线迭代法来提高非线性方程求解效率;根据矫直分析中的常见需求,编写了后处理程序,对求解模块得到结果进行进一步的处理。通过与商用有限元软件和文献结果进行对比发现,本文方法模拟矫直的结果正确,并且具有较高的计算效率。利用本文程序在模拟变曲率型材矫直中的效率优势,还结合MATLAB的优化工具提出了辊轮压下量的优化方案。以总矫直力为目标函数,以辊系压下量为设计变量,以平直度、残余应力、塑性变形率等为非线性约束,建立优化模型。以三种轴线呈波浪形弯曲,截面形状、材料性能各不相同的型材为例展示了优化方法。模拟表明,采用本文方法优化后的压下量进行矫直,矫后曲率小,满足工程要求,且矫后曲率仍呈周期性变化。最后进行了物理实验验证。进行拉伸实验确定了材料的力学参数,使用滚弯的方式制备出初始弯曲的型材,再采用本文优化模型找出合适压下量,进行矫直实验。实验结果表明,矫后平直度达到工程要求,再次验证了本文算法及优化模型的正确性。
唐雯[3](2020)在《复合材料二相杂交应力元法》文中指出和传统的单相材料相比,颗粒增强复合材料具有许多优越的力学性能,在工业领域和日常生活中的重要性不言而喻。增强体的加入在改善复合材料性能的同时,也会对材料产生一定的负面影响。颗粒增强复合材料的力学性能和材料的体积比、微结构大小、形状、空间分布、材料类型和界面特性都有一定关系,因此,构造准确的模型和充分考虑微结构特征对分析复合材料都是很有必要的。分析复合材料的方法主要分为两个大类,一类是均匀化方法,运用均匀化方法,易于得到材料的宏观力学性能;第二类是数值模拟方法,包括胞元法和有限元方法,胞元法考虑多相材料呈周期性分布,有限元方法则是基于材料的真实结构模型。本文提出了一种新的有限元方法,该方法基于最小余能原理,构造了内部包含两种材料相的单元,称为二相杂交应力元法(Two Phase Hybrid Stress Element Method)。本文主要工作内容如下:1、综述了分析复合材料的重要性,介绍了几种具有代表性的分析方法及其优缺点。2、给出了二相杂交应力元的单元构造,在最小余能原理的基础上,用拉格朗日乘子法引入约束条件,推导出二相杂交应力元的修正余能泛函。求解该泛函并将其离散化,得到相应变量的矩阵形式,用Fortran编写程序并计算。给出的两个算例验证了该方法的有效性和优势,并对是否考虑应力互作用项进行了对比分析,结果认为考虑应力互作用项更为精确。3、对二相杂交应力元法的实施过程进行了两处改进。第一处是对单元积分区域的划分进行了优化,优化之前的积分区域划分对凹多边形十分不友好,非常容易出现一个积分片跨两个材料相的情况,优化之后,采用了Delaunay三角剖分法来划分单元的凹多边形区域(多为基体区域),避免了上述情况。第二处是针对单元数量较多时,在单元划分过程中,容易出现单相材料单元的情况,将这类单元处理为单相杂交应力单元,并且考虑该单元相邻夹杂界面带来的互作用影响。以上两处改进使得计算结果更为精确。4、将塑性理论运用到二相杂交应力元法中,给出二相杂交应力元的增量形式,编写程序。用考虑塑性的二相杂交应力元法和MARC计算同一模型,通过对比分析两种方法得到的应力结果,验证了考虑塑性的二相杂交应力元法是可行且准确的。5、介绍了几种细观力学预测复合材料等效模量的方法。将直接均匀化法应用到二相杂交应力元法中,设置模型基体和夹杂的材料参数为相同数值,得到了该模型的平均应力应变曲线和等效弹性模量,并且等效弹性模量值和设定值一致,验证了该方法的有效性。将直接均匀化法和二相杂交应力元法相结合,进一步分析夹杂的拓扑结构对复合材料等效模量的影响。分别考虑了夹杂长轴与拉伸变形方向的夹角、夹杂高宽比、夹杂的体积占比三个因素对复合材料力学性能的影响。
董瑞[4](2020)在《地铁车站-桥梁耦联地震破坏机理及数值模拟》文中进行了进一步梳理由于特大城市人口急剧增加,城市的交通也向立体化发展,地下轨道交通和城市立交桥不可避免的进行交叉修建。地下结构和邻近地面桥梁存在着相互作用,尤其是在高烈度地区,地震过程中地下和地面结构存在着耦联动力相互作用,这种地下和地面结构的耦联破坏作用和破坏机理,已成为城市岩土地震工程及防震减灾领域重要的研究课题之一。本文针对城市中地铁车站和地面桥梁在地震过程中耦联动力相互作用问题,采用近场波动理论和数值模拟方法,研究了软土场地条件下,地铁车站和地面桥梁的耦联破坏机理和破坏模式,为城市地下结构及地面结构群抗震设计提供参考依据。本文的具体研究工作和取得的成果如下:1.近场波动问题的人工边界设置方法土-结构动力相互作用体系是开放系统中复杂的非线性近场波动问题,需要在截取的感兴趣有限区域边界设置合适边界条件以模拟无限域对截取的有限区域的作用。目前常用的局部人工边界条件在大角度或掠入射时,通常会产生较大的计算误差,无法满足计算精度的需求。本文对Zienkiewicz提出的波场分解法和自由度绑定边界,提出了一种“部分解耦”单元在通用有限元程序中实现了波场分解法,并分别从反射系数和力学平衡的角度给出了自由度绑定边界的力学机理和精度分析,最后通过数值算例验证了本文边界处理方法的计算精度。2.软土三维弹塑性本构模型及其二次开发软土场地中土与地下结构的动力相互作用是强非线性动力响应问题,土体非线性的合理描述是数值模拟结果可靠性的关键。本文基于边界面理论构造了土体三维弹塑性本构模型,并将其二次开发到通用有限元软件Abaqus/Explicit中。本文构造的模型是在归一化偏平面内采用应力比描述材料的应力状态,采用土体模量与围压经验公式描述土体的摩擦材料特性;并且,根据第二偏应力不变量得到的应力等效关系,结合一维Pyke模型与边界面理论推导塑性模量。通过数值模拟结果与试验结果及EERA程序模拟结果进行对比分析,验证本构模型的合理性和准确性。最后,以某圆形地下结构模型为例,通过对比线弹性模型和弹塑性模型的模拟结果,进一步说明了合理模拟土体大变形对地下结构地震响应的重要性。3.矩形地下结构地震灾变模拟及机理研究根据1995年阪神地震中大开车站的震害资料,分别建立了大开车站和邻近隧道的非线性地震反应分析有限元模型;采用精细的非线性动力数值分析模型重现了大开车站的地震坍塌过程;通过对比不同地震动输入条件(水平、竖直、双向地震波输入)和结构形式(大开车站段和邻近隧道段)的数值模拟结果,给出了矩形有中柱结构的地震破坏机理。结果表明:不同地震波输入条件时,中柱均发生了严重的破坏,中柱是矩形地下结构的薄弱构件;对于不同地震波输入工况,中柱破坏的先后顺序依次为双向输入、单一竖向分量、单一水平分量,因此竖向地震波分量是造成中柱破坏的主要因素;中柱的破坏并不会直接导致车站顶板的坍塌,在后续荷载作用下,顶板由于失去了中柱的约束作用而产生进一步的损伤,最终在上覆荷载增大和强度降低双重因素作用下发生了坍塌破坏;对比大开车站段(坍塌)和邻近隧道段(未坍塌)的震害,地下结构的结构形式(顶板和侧墙的线刚度比)对其地震响应有较大的影响,顶板较刚的结构在地震荷载作用下易发生整体剪切型变形,地震荷载作用下发生剪切型变形的矩形地下结构通常具有较高的抗震性能,在对地下结构进行结构设计时,应保证顶板具有足够的刚度储备以增加其抗震性能。4.地铁车站-桥梁耦联地震灾变模式及机理研究建立了某软土场地两层三跨地铁车站下穿高架桥的有限元计算模型,采用本文提出的软土本构模型进行了土-地铁车站-高架桥系统的耦联非线性地震反应计算。数值模拟结果给出了一种可能的地铁车站-桥梁的耦联破坏模式;并通过对比弹性模型和弹塑性模型的模拟结果,讨论了车站与桥梁间的地震相互作用及耦联破坏机制。车站-桥梁耦联破坏过程为:首先地铁车站顶板和楼板失效,然后侧墙失去支撑向车站内侧变形,最后车站破坏后引起邻近地基失效,桥梁基础向车站产生大量变形并发生“落梁”破坏。桥梁对地铁车站的地震响应影响较小,地铁车站的破坏主要取决于其自身的抗震性能;地铁车站破坏后,邻近车站的桥梁基础会带动邻近区域土体向车站方向移动并使得地基失效范围增大。
许玲玲[5](2020)在《杆系DEM法计算理论研究及其在结构力学行为仿真中的应用》文中提出杆件结构在实际工程中应用广泛,如框架结构、大跨空间结构、桥梁结构等。该类结构的力学行为主要包括:几何非线性行为、材料非线性行为、静动力行为、节点半刚性行为、断裂行为、接触碰撞行为等以及由以上行为构成的复合行为,如结构的局部破坏或连续性倒塌破坏等。现有数值计算方法准确处理单一结构力学行为已是一项困难的工作,若在此基础上再耦合多种行为会变得更加复杂。因此,为了对结构力学行为进行简单而精确的描述,本文以杆系离散单元法为分析手段,发展了适用于杆件结构的接触单元(如杆单元、梁单元等),提出了一系列杆件结构力学行为的定量化模拟计算方法,包括弹性行为、弹塑性行为、强震倒塌模拟、半刚性节点模拟等。现有研究成果中均假定杆系离散单元法中接触本构模型的切向弹簧仅用于描述纯剪力引起的纯剪切变形,然而杆件结构通常长细比较大,可忽略剪切变形的影响,即根据弯曲梁理论认为切向位移(即挠度)是由剪力产生的弯曲变形引起,并非由剪力产生的截面剪切变形引起。因此,基于上述假定推导出的接触单元切向接触刚度系数无法用于杆件结构问题的求解。本文针对该问题重新定义了切向弹簧,并根据能量等效原理系统推导了各方向上接触刚度系数的计算公式。以此为基础,详细阐述了杆系离散单元的基本假定和概念,推导了面向轴力杆单元、平面梁单元以及空间梁单元的杆系离散单元基本公式,为复杂结构力学行为模拟提供严谨的理论支撑。杆系离散单元法中几何非线性问题和动力响应的求解会自动包含在颗粒的运动控制方程中,是一个自然过程,无需特殊处理。基于此特征,文中构建了杆件结构静、动力弹性行为分析的统一计算框架,进一步细化了杆系离散单元模拟结构弹性行为时遇到的问题。详细给出了静、动力荷载的施加方式,并构造了动力荷载下杆系离散元的阻尼模型。对若干二维、三维杆件结构进行静、动力弹性非线性行为分析,这些行为包括几何大变形、大转动、阶跃屈曲、分叉、动力响应等,验证了杆系离散单元模拟杆件结构静、动力弹性非线性行为的优势及有效性。对于材料非线性问题,本文基于杆系离散单元塑性铰法提出了杆系离散单元精细塑性铰法,该法通过切线模量和截面刚度退化系数近似考虑残余应力对接触单元刚度的削弱。分别建立了两种杆系离散单元弹塑性分析方法的计算理论,包括屈服准则、弹塑性接触本构模型、加卸载准则以及内力超过极限屈服面后的修正方法。若干算例(包括桁架、简单梁、平面框架、空间框架以及单层网壳结构)的静力弹塑性行为分析表明,杆系离散单元精细塑性铰法可近似考虑构件的塑性发展,其计算精度明显高于塑性铰法,且不会显着增加杆系离散单元的计算量;当材料为理想弹塑性、截面分布塑性不明显时,相比于塑性区法,采用杆系离散单元精细塑性铰法“性价比”更高。为了定量化精确求解多点激励下大跨空间钢结构的倒塌破坏问题,提出了结构多点激励强震倒塌分析的杆系离散单元计算方法。建立了可考虑地震作用应变率效应的弹塑性接触本构模型,实现了杆系离散单元法的多点激励,初步建立了杆系离散单元法的并行计算技术。以一个缩尺比为1/3.5的单层球面网壳振动台试验模型为计算对象,完成了多点激励下结构的倒塌破坏全过程定量化精确仿真。此外,该倒塌试验也可用于标定杆系离散单元法进行结构连续性倒塌分析时所采用的关键结构参数。进一步对梁柱节点的半刚性行为进行模拟,提出了一种能够有效进行具有半刚性节点的钢框架结构静、动力分析的杆系离散单元计算方法,并推导了可考虑半刚性连接的弹塑性接触本构模型。该法可同时考虑结构的几何非线性、材料非线性以及梁柱节点连接的半刚性非线性。梁柱节点的半刚性行为通过虚拟的弹簧单元进行模拟,该弹簧单元以线性分配的方式将梁柱节点的半刚性特性量化到与之相邻的接触单元各方向刚度,进而根据能量等效原理得到了上述接触单元刚度的修正公式,并通过独立强化模型捕捉结构的滞回性能。通过多个经典算例验证了所提方法的正确性和适用性,且系统研究了半刚性连接钢框架的几何非线性、阶跃屈曲、材料弹塑性、动力响应、断裂等多种结构力学行为。通过理论推导、大量经典数值算例、大型振动台试验校核以及程序编写表明,杆系离散单元法具有较强的精确性、通用性和稳定性。本文实现了杆件结构研究领域中诸多非线性和非连续结构力学问题的定量化仿真与分析,完善和推进了杆系离散单元法理论体系的形成,为杆件结构的复杂力学行为研究提供了强有力的技术支撑和手段。同时,杆系离散单元法作为一种崭新的数值分析方法,要将其推向实际工程应用或设计人员仍存在很多可改进和开发的空间。综上,本文的主要创新点如下:(1)文中重新定义了杆系离散单元法中接触本构模型的切向弹簧,并严谨推导了面向轴力杆单元、平面梁单元以及空间梁单元的各方向上接触单元刚度系数的计算公式,进而将杆系离散单元法的计算理论系统化;(2)提出了杆系离散单元精细塑性铰法,其可近似考虑构件的塑性发展,补充了杆系离散单元法的弹塑性计算理论;(3)多点激励下单层球壳强震倒塌破坏全过程定量化精确仿真的振动台试验校核。从计算方法、地震动多点输入荷载施加及计算效率三方面对杆系离散单元的计算理论进行修正,提出了结构多点激励强震倒塌分析的杆系离散单元计算方法,有助于该法在结构连续倒塌模拟中的推广和应用;(4)提出了一种能够有效进行半刚性钢框架结构静、动力分析的杆系离散单元计算方法,该法可同时考虑结构的几何非线性、材料非线性以及梁柱节点连接的半刚性非线性。杆系离散单元法中零长度弹簧单元并不直接参与计算,且修正后的接触单元刚度矩阵可直接代入下一步计算,过程简单易行。研究成果进一步体现了杆系离散单元法处理强非线性和非连续问题的优势。
邹先进[6](2020)在《岩土体力学参数不同取值方法下的本构模型研究》文中指出岩土体力学参数和本构模型是边坡稳定性分析和防护工程设计计算的基础。力学参数的取值通常由试验数据结合某一回归分析方法确定,而没有对比各种方法的优缺点进行综合取值,因此有必要进行不同方法下力学参数的取值研究。本构模型也涉及到力学参数的取值问题,参数取值的不同对本构模型拟合的精确度有怎样的影响,进而对边坡稳定性分析的精确计算、抗滑设施的准确布置有怎样的影响值得探究。本文针对不同参数取值对新本构模型拟合精度的影响展开,主要包括以下几点内容:(1)以岩土体力学参数的取值方法及本构模型研究为主题,总结了岩土体力学参数的数理统计特征及其取值方法,对现行几种主要的本构模型进行了阐述,分析其优缺点,为本文的研究提供参考。(2)介绍了最小二乘法、点群中心法和随机-模糊法的基本原理及求解步骤,总结了三种方法的异同点,其中最小二乘法只考虑了参数的随机性,没有考虑其模糊性,而点群中心法受人的主观影响较大,这两种方法均受限于异常点;随机-模糊法将参数作为随机-模糊变量,通过迭代可求得最优解,但受限于隶属度函数。(3)将岩土体力学行为特征曲线由两种类型推广至三种,并介绍了一种可以描述Ⅰ、Ⅲ两种类型曲线的新本构模型,包括剪应力-应变和主应力-应变两种形式,两种形式具有相似的模型特征,该模型不仅可以描述多种力学行为特征且针对岩土体破坏后区应力、应变不连续的问题同样可加以说明。(4)以Matlab软件为平台,对三种岩土体力学参数的优化取值方法及新本构模型进行了程序编写,并对新本构模型进行了GUI可视化界面的设计,实现了参数输入以及拟合结果输出的可视化,很大程度上提高了计算的效率。(5)以某一黏性土剪切试验和某一混凝土三轴试验为例,计算出三种取值方法下的凝聚力和内摩擦角,应用于新本构模型中进行应力-应变关系的拟合,并将新本构模型与邓肯-张模型对比;研究表明:三种方法均能够对参数进行较好的回归分析,新本构模型对应力-应变关系拟合的吻合度也较好且优于邓肯-张模型,但参数取值精度的偏差造成了新本构模型拟合实验数据精确度的不同,因此在参数的取值分析中应综合考虑多种方法,选取最优的参数值并应用于理论研究和工程设计中。
黄春阳[7](2020)在《密排六方(HCP)结构金属材料孪晶的成核与扩展的晶体塑性模型研究》文中研究说明金属材料在使用或加工过程中的变形主要可分为弹性变形与塑性变形,由于其塑性变形更能影响金属材料的力学性能,因此探讨金属材料塑性变形机制有着十分重要的意义。本文以传统的晶体塑性理论为基础,通过一种新的增量变形梯度FΔt的分解以及孪生过程中旋转矩阵RⅡΔt和应变张量SⅡβ的刻画,来直接描述密排六方(Hexagonal Close-Packed,HCP)结构在孪生过程中晶体取向结构的演化,并提出相应的率相关Hadamard嵌入式晶界模型,以此为基础,开发了新型晶体塑性有限元程序,通过数值计算,系统的研究了 HCP材料单晶、双晶和多晶孪晶的成核与扩展。主要工作与结论如下:首先,通过增量变形梯度FΔt以及孪生过程中旋转矩阵RⅡΔt和应变张量SⅡβ来构建一种新的晶体塑性力学模型,开发了新型晶体塑性有限元程序。将孪晶的扩展分为伸长与旋转两个部分,用伸长部分来描述孪晶过程中产生的切变塑性变形,用应变张量SⅡβ表示,用旋转部分来描述第一不畸变面的转动过程,用旋转矩阵RⅡΔt表示。与传统晶体塑性力学模型相比,本文的计算模型中每个单元与晶格相对应,可实现对孪晶过程中晶格参数演化的追踪,从而预测孪晶成核与扩展的全过程。其次,应用已开发的新型晶体塑性有限元程序,通过模拟沿三个不同的方向(Case A<0001>、Case B<1210>、Case C<1010>)镁单晶的压缩过程,研究了孪晶的成核与扩展行为,并与1968年Kelley和Hosford、2015年Basu和Al-Samman以及2013年Bian和Shin的实验结果进行比较。结果表明,在晶粒大小尺度下模拟结果(不考虑二次孪晶)与实验结果吻合较好。Case A、Case B、Case C的应力-应变曲线和孪晶体积演化与Kelley和Hosford的实验结果一致;在孪晶尺寸、孪晶带形状、十字交叉孪晶构形等方面,模拟得到的十字交叉孪晶与实验结果(Basu和Al-Samman,2015;Bian和Shin,2013)相比均十分相似。本文的模拟还表明,孪晶的扩展具有时间效应,即孪晶的扩展时间越长,主孪晶变体占优(与其他变体存在竞争关系),孪晶的图案越清晰,主孪晶带附近的其他孪晶变体越少。再次,为研究双晶或者多晶材料中孪晶的成核与扩展及塑性变形模式,提出一种新的连续晶界模型—率相关的Hadamard嵌入式晶界模型。该模型通过晶界的跃迁变形梯度及晶界相邻两侧晶粒滑移系来确定晶界晶格参数。结合新的晶界模型和晶体塑性力学模型,首先将模拟结果与传统晶体塑性单晶计算结果相对比,确认本文提出晶界模型在忽略晶界的情况下可退化到同样的结果;其次模拟了晶粒取向差为g=2°、5°、15°、30°、60°和90°双晶铝A1的单轴拉伸,结果表明:双晶的取向差越大,晶粒中滑移开动所需要的能量越大;随着取向差的增加,宏观屈服应力变大,晶界等效杨氏模量会先增加后减小;再次运用该模型来预测多晶镁和不同晶粒取向差下双晶镁的孪晶成核与扩展,并分别与分子动力学模拟结果和电子背散射衍射(Electron Backscattered Diffraction,EBSD)实验结果对比,表明孪晶首先出现在晶界处,相邻晶粒取向差越大,孪晶越容易向其方向扩展。最后,对密排六方(HCP)结构中镁的孪晶形核的判定准则和成核应力函数(Nucleation Critical Resolved Shear Stress,NCRSS)进行研究,依据应力状态、拉伸孪晶或压缩孪晶的定义以及两者相结合,提出了应力成核准则、截距成核准则和混合成核准则;同时依据实验现象提出孪晶的成核应力函数(NCRSS演化规律),如常数(作为参考)、线性函数以及指数函数等。通过数值计算分析表明成核准则可直接影响孪晶的模式与孪晶变体;成核函数(NCRSS演化规律)则直接影响孪晶扩展。
吕桂阳[8](2020)在《基于小孔扩张理论的注浆起始劈裂研究》文中研究表明小孔扩张理论广泛应用于解释一些现场试验结果以及实际工程现象,如锥体贯入和旁压试验,分析静压沉桩引起的应力和变形,以及模拟隧道的开挖和收缩等。在注浆方面的应用中,其理论研究落后于工程实践。因此,本文通过理论分析、室内模型试验验证、工程实例应用等方法开展了超固结黏土中不排水小孔扩张弹塑性理论解及应用、以及小孔扩张理论在注浆方面研究。主要取得成果如下:(1)提出了一种新的球形扩张理论模型,该模型克服“干面”屈服应力被高估,破坏应力偏大的现象。采用了两个状态参数的屈服面,基于非相关联流动法,建立了考虑超固结黏土应变软化现象的球形扩张理论模型,推导了应力、位移理论解。(2)基于CASM屈服准则,采用了经典的应力剪胀关系,考虑了小孔扩张周围土体单元三维特性以及不同固结程度的影响规律。通过将应力空间转换的方法,基于非相关联流动法则,建立了柱形小孔扩张应力与位移的关系,运用拉格朗日求方法把问题转化为求解一阶偏微分方程组,再根据不排水条件,体积不变原理求解小孔扩张弹塑性边界的位移变化,最后通过数值求解得到柱形小孔扩张的精确解答。(3)结合CPTU现场试验数据分析结果表明:该理论模型较好的解释了CPTU在软土贯入试验机理;同时该理论可应用于打桩和旁压测试分析,在实际工程中具有重要意义。(4)以小孔扩张理论为基础,解释了正常固结黏土劈裂注浆过程中注浆体周围土体的力学机理。并理论对比分析球形和柱形由剪切破坏、拉伸破坏、和极限扩张压力决定的起始劈裂压力发现,由拉伸破坏控制的柱形扩张理论方法更准确的预测起始劈裂压力。(5)基于劈裂注浆模型试验,设计了注浆起始劈裂的研究方案,对比分析了由剪切破坏控制、拉伸破坏控制、以及小孔扩张极限压力下,起始劈裂压力的理论值与试验值。通过开挖注浆体分析注浆劈裂规律,研究了起始劈裂压力与围压之间的关系。结合室内试验验证分析了不同破坏模型预测起始劈裂压力的精确度。
梅杰[9](2020)在《基于ABAQUS和复变量求导法的力学反问题求解方法》文中进行了进一步梳理随着数值计算方法和计算机科学技术的发展,固体力学的研究对象越来越多样化,常常涉及很多复杂非线性问题。在许多工程应用领域,固体力学正问题的研究已经不能满足需求,有时需要根据结构的响应去反推发生的原因,即需要求解固体力学反问题:根据结构的形变或者位移,通过求解反问题去确定结构的材料属性、结构的边界条件、或者结构内部的未知形状等。本文针对目前的固体力学反问题求解方法对大型工程问题的适应性差的问题,提出了求解非线性固体力学反问题的一种新方法,即基于商业有限元软件进行二次开发,建立非线性固体力学反问题多宗量反演的求解方法。首先,针对本文涉及的非线性幂强化弹塑性材料,根据材料的特性给出了该材料的有限元静力分析过程,然后以上述理论为基础开发相应的ABAQUS用户单元子程序和材料子程序,保证幂强化弹塑性材料静力分析具有较高精度。同时,为了提高反演精度,以实数变量单元子程序为基础,引入复变量求导法,建立了一种不仅能用于有效模拟弹塑性材料的固体力学正问题,还能高精度计算灵敏度系数的单元类型,为梯度类反演算法提供关键参数。然后,以平面应变反问题为算例对反演方法进行验证。在验证了复变量单元的计算精度后,通过求解反问题,对未知的材料本构参数和边界条件进行了同时反演。探究了初值和测量误差对反演过程和结果的影响。为了验证通用性,还选用了结构和边界条件不同的另一个算例,结果证明反演算法仍然具有较好的特性。最后,以具有工程背景的三维算例来对反演算法进行验证。在对复变量单元进行精度验证后,对三维结构的多宗量进行反演,证明了算法的精度和效率,同时对反演初值、测点数量和测点随机误差的影响进行了研究,最后还对具有函数形式的边界条件进行反演,研究表明算法对于此类边界条件的参数辨识仍然有效。
赵涵[10](2020)在《基于回弹比矩阵的双曲度板成形回弹描述和补偿》文中进行了进一步梳理双曲度船体外板通常使用人工水火弯板成形加工,存在生产效率低、作业环境差、对操作人员技术要求高等不足。近年发展的离散可重构模具为船体双曲度外板成形带来一种新的方法。本文针对活络方形压头可重构模具技术,开展对船体外板冷冲压成形关键技术研究,通过弹塑性理论分析、有限元数值模拟、实验等手段研究曲板冲压成形过程中回弹描述和补偿等核心问题,为可重构模具逐步替代传统的水火弯板加工方式提供理论指导。论文主要工作如下:(1)在分析各种板材成形回弹描述方法的基础上,参考单曲度板的回弹比表达方法,本文首次提出了针对双曲度板材描述局部点以及整体回弹大小的回弹比矩阵及回弹比特征量的2个新概念与方法。具体方法是将双曲度板离散成与可重构冲压模具对应的网格曲面,采用模具的两个离散方向分别描述双曲度板材在两个方向的回弹情况。其中,回弹比矩阵是通过一系列在板面上均匀分布的离散点在特定方向(即两个离散方向)回弹后与回弹前的曲率的比值所构成的两个方向的矩阵,表达曲板上局部点的回弹大小;而回弹比特征量是基于回弹比矩阵并考虑所有离散点的成形曲率的比重而得到的回弹比加权平均值,该特征量由回弹比矩阵计算得出,能够反映出双曲板的整体回弹大小。(2)采用本文提出的回弹比矩阵及回弹比特征量对文献中单曲度板的回弹数据进行了描述,得到与文献一致的结论。进一步,采用基于活络方形压头的船舶三维数控弯板机对一系列典型双曲度板——帆形板、马鞍形板进行了冲压成形实验,并采用本文提出的回弹比矩阵及回弹比特征量对其回弹数据进行了描述,对比分析了帆形板和马鞍形板的实验数据,得出了在双向曲率数值大小分别相同情况下,马鞍形板的回弹显着小于帆形板的回弹的结论。采用弹塑性理论对两种典型曲板的回弹差异进行了理论推导,通过分析结果发现,造成回弹差异的主要原因是由于双曲度板的双向耦合作用导致的。理论分析结果与实验结果一致,同时说明了回弹比矩阵及回弹比特征量对双曲度板描述的合理性与适用性。(3)首次提出了基于回弹比矩阵的一种新的回弹补偿算法。其方法是根据回弹比矩阵计算补偿面的曲面拟合点,通过曲面拟合方法将拟合点拟合为新的曲面,并将该方法与目前一种正在使用的迭代逼近的回弹补偿方法进行了对比,发现基于回弹比矩阵的补偿算法补偿效果更好。补偿后板材的成形精度更高,提高了双曲度板材成形加工的精度及加工效率。
二、一种新的弹塑性本构矩阵及应用(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、一种新的弹塑性本构矩阵及应用(论文提纲范文)
(1)局部轴压下薄壁圆柱壳结构的屈曲行为及设计方法研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
ABSTRACT |
符号说明 |
1 绪论 |
1.1 研究背景与意义 |
1.2 结构屈曲的基本概念及分类 |
1.3 均匀轴压下薄壁圆柱壳结构屈曲研究进展 |
1.3.1 理论研究进展 |
1.3.2 试验研究进展 |
1.3.3 数值模拟研究进展 |
1.4 局部轴压下薄壁圆柱壳结构屈曲研究进展 |
1.5 考虑初始缺陷影响的薄壁圆柱壳轴压屈曲分析方法研究进展 |
1.5.1 缺陷敏感性的概念 |
1.5.2 基于数值模拟的初始缺陷影响确定性分析方法 |
1.5.3 基于概率统计的初始缺陷影响不确定性分析方法 |
1.6 薄壁圆柱壳结构的轴压屈曲设计公式及规范 |
1.6.1 基于试验数据统计分析的经验设计方法 |
1.6.2 基于数值模拟结果回归分析的下限设计方法 |
1.7 目前研究存在的问题 |
1.8 本文主要研究工作 |
1.8.1 课题来源 |
1.8.2 研究内容 |
1.8.3 技术路线 |
2 局部轴压下薄壁圆柱壳屈曲试验研究 |
2.1 试件设计与制作 |
2.2 试件壳体材料力学性能 |
2.3 圆柱壳初始几何缺陷及壁厚测量 |
2.3.1 圆柱壳初始几何缺陷测量 |
2.3.2 圆柱壳厚度测量 |
2.4 试验装置及数据采集系统 |
2.4.1 轴压屈曲试验专用平台 |
2.4.2 轴压载荷及应变信号数据采集 |
2.5 试验总体布置及实施方案 |
2.6 试验结果及分析 |
2.6.1 应变变化曲线 |
2.6.2 轴压载荷-位移曲线 |
2.6.3 屈曲临界载荷 |
2.6.4 屈曲模态 |
2.7 本章小结 |
3 局部轴压下薄壁圆柱壳的屈曲行为及其影响因素分析 |
3.1 局部轴压下薄壁圆柱壳屈曲分析有限元模型 |
3.1.1 基于实测初始几何缺陷的圆柱壳建模 |
3.1.2 材料模型 |
3.1.3 约束及边界条件 |
3.1.4 数值算法 |
3.1.5 单元选择及网格无关性研究 |
3.2 模型验证及误差分析 |
3.2.1 模型验证 |
3.2.2 误差分析 |
3.3 局部轴压下薄壁圆柱壳的屈曲行为 |
3.3.1 局部屈曲失效 |
3.3.2 整体屈曲失效 |
3.3.3 失效模式转变的临界θ值 |
3.4 影响因素分析 |
3.4.1 壳体材料性能影响 |
3.4.2 壳体结构特征影响 |
3.4.3 局部轴压载荷与纵焊缝相对位置的影响 |
3.5 本章小结 |
4 局部轴压下薄壁圆柱壳初始缺陷敏感性研究 |
4.1 实测初始几何缺陷 |
4.1.1 缺陷形貌 |
4.1.2 缺陷幅值 |
4.1.3 实测初始几何缺陷影响屈曲载荷的根本原因 |
4.2 局部凹坑缺陷 |
4.2.1 凹坑幅值 |
4.2.2 凹坑分布范围 |
4.2.3 凹坑位置 |
4.2.4 不同凹坑缺陷组合的敏感性 |
4.3 加载不均匀 |
4.4 壳体厚度分布不均匀 |
4.5 考虑非传统初始缺陷影响的屈曲载荷折减系数 |
4.6 本章小结 |
5 考虑初始缺陷影响的局部轴压圆柱壳弹塑性屈曲载荷预测 |
5.1 扰动探测法预测轴压圆柱壳屈曲载荷 |
5.1.1 基本原理 |
5.1.2 方法局限性 |
5.2 基于F_p-u_p曲线波谷值F_p~(min)外推预测轴压圆柱壳屈曲载荷下限的新方法 |
5.2.1 新方法的提出 |
5.2.2 新方法的物理意义 |
5.2.3 考虑局部轴压载荷工况和材料弹塑性时新方法的应用 |
5.3 新方法应用流程 |
5.4 新方法验证及分析 |
5.4.1 均匀轴压载荷工况 |
5.4.2 局部轴压载荷工况 |
5.5 本章小结 |
6 局部轴压薄壁圆柱壳结构的屈曲下限设计方法 |
6.1 参数化研究范围 |
6.2 局部轴压薄壁圆柱壳屈曲载荷计算公式 |
6.2.1 理想均匀轴压圆柱壳屈曲载荷N_(cr)~(per)计算公式修正 |
6.2.2 局部轴压载荷工况下N_(cr)~L与θ的定量表征关系 |
6.3 基于屈曲分类的轴压薄壁圆柱壳屈曲载荷折减因子计算模型 |
6.3.1 弹性屈曲下ρ_(KDF)的变化 |
6.3.2 弹塑性屈曲下ρ_(KDF)的变化 |
6.3.3 基于屈曲分类的ρ_(KDF)计算模型 |
6.4 局部轴压薄壁圆柱壳结构的屈曲下限设计方法 |
6.4.1 方法流程 |
6.4.2 适用范围 |
6.4.3 设计案例 |
6.5 设计方法验证 |
6.5.1 局部轴压圆柱壳屈曲载荷计算公式验证 |
6.5.2 圆柱壳屈曲载荷折减因子计算模型验证 |
6.5.3 圆柱壳屈曲下限设计载荷验证 |
6.6 本章小结 |
7 总结与展望 |
7.1 本文研究工作总结 |
7.2 主要创新点 |
7.3 展望 |
参考文献 |
作者简历 |
攻读博士学位期间的科研情况 |
发表(录用)论文 |
参与科研项目 |
奖励与荣誉 |
(2)基于欧拉网格有限元梁模型的型材多辊矫直数值模拟研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 课题研究背景及意义 |
1.2 型材多辊矫直国内外研究状况 |
1.2.1 型材多辊矫直实验研究 |
1.2.2 型材多辊矫直理论研究 |
1.2.3 型材多辊矫直数值模拟研究 |
1.3 基于欧拉网格金属成形模拟现状 |
1.4 总结及存在的问题 |
1.5 课题的研究主要内容及路线图 |
1.5.1 研究目标 |
1.5.2 研究内容 |
1.5.3 研究方法及技术路线图 |
1.6 本章小结 |
2 基于欧拉观点的梁模型及其有限元离散 |
2.1 弹塑性欧拉伯努利梁理论 |
2.2 基于欧拉观点的梁模型 |
2.2.1 欧拉观点下的梁方程推导 |
2.2.2 边界条件的提法 |
2.2.3 非线性方程求解方法 |
2.3 有限元离散 |
2.3.1 单元方程 |
2.3.2 方程的组装 |
2.3.3 边界条件的施加 |
2.3.4 刚度更新和迭代方案 |
2.4 本章小结 |
3 多辊矫直模拟程序设计及验证 |
3.1 输入文件设计 |
3.2 求解程序设计 |
3.3 后处理程序设计 |
3.4 算例及有限元验证 |
3.4.1 算例说明 |
3.4.2 有限元软件对照模型 |
3.4.3 矫直轨迹对比分析 |
3.4.4 矫直后型材曲率对比分析 |
3.4.5 矫直力对比分析 |
3.4.6 矫直后残余应力对比分析 |
3.4.7 塑性变形对比分析 |
3.5 本章小结 |
4 波浪形型材的矫直压下量优化 |
4.1 优化模型的建立 |
4.1.1 设计变量 |
4.1.2 目标函数 |
4.1.3 约束条件 |
4.2 优化算法及结果分析 |
4.2.1 优化算法的实现 |
4.2.2 优化算例 |
4.2.3 优化结果 |
4.3 本章小结 |
5 型材多辊矫直工艺实验研究 |
5.1 实验设备及方案 |
5.2 实验试件材料参数确定 |
5.2.1 拉伸试验方案 |
5.2.2 拉伸试验结果 |
5.3 弯曲工件的制备 |
5.3.1 三辊滚弯及其模拟 |
5.3.2 滚弯实验结果分析 |
5.4 多辊矫直实验 |
5.4.1 实验方案及现场 |
5.4.2 实验结果 |
5.5 误差分析 |
5.6 本章小结 |
6 总结与展望 |
6.1 结论 |
6.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果 |
(3)复合材料二相杂交应力元法(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 论文研究背景 |
1.2 复合材料的分析方法 |
1.2.1 均匀化方法 |
1.2.2 有限元方法 |
1.3 多相有限元法的发展 |
1.4 本文的研究内容 |
第二章 二相杂交应力元(TPHSE)的基本原理 |
2.1 杂交应力元的发展 |
2.2 二相杂交应力元的基本原理 |
2.2.1 二相杂交应力元的构造 |
2.2.2 二相杂交应力元的泛函求解 |
2.2.3 内部自由度的凝聚 |
2.2.4 应力函数的构造 |
2.2.4.1 应力函数的缩放 |
2.2.4.2 多项式应力函数 |
2.2.4.3 互作用应力函数 |
2.3 单个夹杂算例模型 |
2.3.1 典型二相杂交应力元模型(考虑互作用应力项) |
2.3.2 平板带单夹杂模型(考虑互作用应力项) |
2.3.3 不考虑互作用应力项的二相杂交应力元 |
2.4 本章小结 |
第三章 二相杂交应力元的几点改进 |
3.1 积分区域划分的改进 |
3.2 考虑互作用的单相杂交应力元 |
3.2.1 单相杂交应力元的构造原理 |
3.2.2 应力函数的构造 |
3.3 多夹杂模型算例 |
3.4 本章小结 |
第四章 考虑塑性的二相杂交应力元 |
4.1 考虑塑性的二相杂交应力元构造 |
4.1.1 单元格式的推导 |
4.1.2 内部自由度的凝聚 |
4.2 塑性力学基本法则 |
4.2.1 初始屈服条件 |
4.2.2 流动法则 |
4.2.3 硬化法则 |
4.2.4 加载、卸载准则 |
4.2.5 弹塑性本构方程 |
4.2.6 单元柔度矩阵 |
4.3 模型有效性分析 |
4.4 考虑塑性的二相杂交应力元模型和MARC模型 |
4.5 本章小结 |
第五章 均匀化方法 |
5.1 细观力学方法介绍 |
5.1.1 基于夹杂理论的等效方法 |
5.1.1.1 稀疏法 |
5.1.1.2 自洽法 |
5.1.1.3 广义自洽法 |
5.1.1.4 Mori-Tanaka方法 |
5.1.1.5 微分法 |
5.1.2 变分原理求解的上下限方法 |
5.1.2.1 Voigt上限与Reuss下限 |
5.1.2.2 Hashin-Shtrikman上、下限 |
5.1.3 直接均匀化法 |
5.2 预测复合材料有效模量的理论基础 |
5.2.1 复合材料应力、应变和有效模量的定义 |
5.2.2 有效模量理论 |
5.3 数值算例 |
5.3.1 均匀化方法有效性验证 |
5.3.2 夹杂角度对复合材料力学性能的影响 |
5.3.3 夹杂高宽比(B/A)对复合材料力学性能的影响 |
5.4 本章小结 |
第六章 总结与展望 |
6.1 总结 |
6.2 不足与展望 |
致谢 |
参考文献 |
附录 攻读硕士学位期间发表论文 |
(4)地铁车站-桥梁耦联地震破坏机理及数值模拟(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 选题背景和意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 人工边界条件 |
1.2.2 土体非线性本构模型 |
1.2.3 地下结构地震破坏机理 |
1.2.4 地下结构与地表建筑动力相互作用 |
1.3 本文研究内容和工作安排 |
第二章 近场波动问题的人工边界设置方法 |
2.1 引言 |
2.2 三维波动方程及其一般解 |
2.2.1 三维波动方程 |
2.2.2 平面波源情况的一般解 |
2.2.3 线波源情况的一般解 |
2.2.4 点波源情况的一般解 |
2.3 人工边界条件及地震动输入方法 |
2.3.1 多次透射边界 |
2.3.2 粘性边界 |
2.3.3 粘弹性边界 |
2.4 土-结构相互作用模型动力人工边界设置方法 |
2.4.1 波场分解法 |
2.4.2 自由度绑定边界 |
2.4.3 算例分析 |
2.5 本章小结 |
第三章 土体非线性本构模型 |
3.1 引言 |
3.2 土的三维弹塑性本构模型 |
3.2.1 弹性特性 |
3.2.2 边界面方程及投影法则 |
3.2.3 加载准则和流动法则 |
3.2.4 塑性模量 |
3.2.5 最终表达形式 |
3.3 本构模型数值实现方法 |
3.3.1 本构模型显式算法 |
3.3.2 Abaqus/Explicit子程序验证 |
3.4 模型验证及应用实例 |
3.4.1 模型验证 |
3.4.2 应用实例 |
3.5 本章小节 |
第四章 矩形地下结构坍塌机理研究 |
4.1 引言 |
4.2 大开车站数值分析模型 |
4.2.1 大开车站震害简介 |
4.2.2 有限元模型 |
4.2.3 输入地震波 |
4.3 地下结构地震坍塌机理 |
4.3.1 地下结构坍塌过程模拟结果 |
4.3.2 地下结构塌毁机理分析 |
4.3.3 矩形地下结构地震响应特点 |
4.4 本章小结 |
第五章 地铁车站与横穿桥梁耦联破坏机理 |
5.1 引言 |
5.2 数值计算模型 |
5.2.1 研究案例概况 |
5.2.2 有限元模型 |
5.2.3 模拟工况 |
5.3 结果分析 |
5.3.1 地铁车站-桥梁耦联破坏模拟结果 |
5.3.2 地铁车站-桥梁耦联破坏机理分析 |
5.4 本章小结 |
第六章 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 本文主要创新点 |
6.3 展望 |
参考文献 |
附录:平面应变问题单元刚度矩阵 |
致谢 |
作者简介 |
攻读博士期间发表的文章 |
攻读博士期间参与的科研项目 |
(5)杆系DEM法计算理论研究及其在结构力学行为仿真中的应用(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 课题背景 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 杆件结构力学复合行为分析研究现状 |
1.2.2 颗粒离散单元法研究及在结构工程中的应用现状 |
1.3 本文主要工作 |
1.3.1 研究出发点及思路 |
1.3.2 主要研究工作 |
第二章 杆系离散单元法的基本理论与公式推导 |
2.1 引言 |
2.2 杆系离散单元法的基本概念 |
2.2.1 颗粒描述 |
2.2.2 颗粒运动描述 |
2.2.3 接触单元描述 |
2.3 面向轴力杆单元的杆系离散单元法 |
2.3.1 颗粒运动方程的建立与求解 |
2.3.2 颗粒所受内力计算 |
2.3.3 颗粒所受等效外力计算 |
2.3.4 作用在等效梁上的均布力的等效外力计算 |
2.3.5 计算流程 |
2.4 面向平面梁单元的杆系离散单元法 |
2.4.1 颗粒运动方程的建立与求解 |
2.4.2 颗粒所受内力计算 |
2.4.3 颗粒所受外力计算 |
2.5 平面梁单元向空间梁单元的进化 |
2.5.1 面向空间梁单元的颗粒运动方程 |
2.5.2 面向空间梁单元的接触本构模型 |
2.5.3 面向空间梁单元的各方向接触刚度系数 |
2.6 颗粒质量与转动惯量的计算与修正 |
2.7 初始条件和边界条件施加 |
2.8 计算参数 |
2.8.1 阻尼的选取 |
2.8.2 时间步长的选取 |
2.8.3 杆系离散单元模型的建立原则 |
2.9 杆系离散单元法与显式有限单元法的区别与联系 |
2.10 小结 |
第三章 结构静、动力弹性行为分析的杆系离散单元计算方法研究 |
3.1 研究背景与分析思路 |
3.1.1 研究背景 |
3.1.2 结构静、动力弹性问题的杆系离散单元分析思路及计算流程 |
3.2 荷载施加 |
3.2.1 静荷载施加 |
3.2.2 动荷载施加 |
3.3 动荷载下阻尼模型的构造 |
3.3.1 新的阻尼模型 |
3.3.2 不同阻尼模型下结构的动力响应 |
3.4 静荷载下杆件结构的弹性行为分析 |
3.4.1 自由端受集中荷载作用的悬臂梁 |
3.4.2 William Toggle框架的阶跃屈曲现象 |
3.4.3 空间六角星型穹顶结构 |
3.4.4 22m跨单层球面网壳的静力稳定分析 |
3.5 动荷载下杆件结构的弹性行为分析 |
3.5.1 L形框架的非线性动力弹性行为分析 |
3.5.2 浅圆拱的静、动力弹性行为分析 |
3.5.3 平面钢框架的静、动力弹性行为分析 |
3.5.4 双跨、六层Orbison钢框架的动力弹性行为分析 |
3.6 小结 |
第四章 结构弹塑性行为分析的杆系离散单元计算方法研究 |
4.1 研究背景与分析思路 |
4.2 屈服准则-截面极限屈服面方程 |
4.2.1 塑性铰法可用的屈服准则 |
4.2.2 精细塑性铰法可用的屈服准则 |
4.3 不考虑截面塑性开展的塑性铰法 |
4.3.1 弹塑性接触本构模型 |
4.3.2 加卸载准则 |
4.4 可近似考虑截面塑性开展的精细塑性铰法 |
4.4.1 弹塑性接触本构模型 |
4.4.2 加卸载准则 |
4.5 内力超过极限屈服面后的修正 |
4.6 考虑几何材料双非线性的杆系离散单元计算流程 |
4.7 杆件结构的弹塑性行为分析 |
4.7.1 基于塑性铰法的平面桁架弹塑性行为分析 |
4.7.2 基于精细塑性铰法的平面杆件结构弹塑性行为分析 |
4.7.3 六层空间框架和二十层空间框架的弹塑性分析 |
4.7.4 K6型单层网壳结构弹塑性分析 |
4.8 小结 |
第五章 结构多点激励强震倒塌分析的杆系离散单元计算方法研究 |
5.1 研究背景与分析思路 |
5.2 地震动多点激励的杆系离散元模拟 |
5.2.1 位移法 |
5.2.2 大质量法 |
5.2.3 位移法和大质量法的对比分析 |
5.3 可考虑地震作用应变率效应的接触本构模型 |
5.3.1 钢材的静态本构模型 |
5.3.2 应变率效应 |
5.4 基于Open MP的杆系离散元并行计算方法 |
5.5 结构多点激励强震倒塌分析的杆系离散单元计算流程 |
5.6 多点激励振动台倒塌试验验证 |
5.6.1 K6 型单层球面网壳多点激励振动台倒塌试验概况 |
5.6.2 K6 型单层球面网壳多点激励振动台试验模型强震倒塌全过程仿真 |
5.7 小结 |
第六章 半刚性连接钢框架结构静、动力分析的杆系离散单元计算方法研究 |
6.1 研究背景与分析思路 |
6.2 半刚性连接模型 |
6.3 考虑二维半刚性连接的弹性杆系离散元计算方法 |
6.3.1 虚拟的二维零长度弹簧单元 |
6.3.2 考虑半刚性连接的接触单元刚度修正公式 |
6.3.3 半刚性连接的滞回行为模拟 |
6.3.4 半刚性钢框架静、动力分析的杆系离散单元计算流程 |
6.3.5 半刚性连接杆件结构的弹性行为分析 |
6.4 考虑三维半刚性连接的弹塑性杆系离散元计算方法 |
6.4.1 虚拟的三维零长度弹簧单元 |
6.4.2 考虑三维半刚性连接的接触单元弹性刚度修正公式 |
6.4.3 考虑三维半刚性连接的接触单元弹塑性刚度修正公式 |
6.4.4 半刚性连接杆系结构的弹塑性行为分析 |
6.5 小结 |
第七章 结论与展望 |
7.1 主要结论 |
7.2 主要创新点 |
7.3 不足与展望 |
参考文献 |
攻读博士期间相关科研成果 |
致谢 |
(6)岩土体力学参数不同取值方法下的本构模型研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.1.1 研究背景 |
1.1.2 研究目的和意义 |
1.2 国内外研究现状及发展动态 |
1.2.1 岩土体力学参数的取值研究现状 |
1.2.2 岩土本构模型的研究现状 |
1.3 本文主要研究方法和内容 |
第2章 岩土体力学参数的取值方法 |
2.1 回归分析方法简述 |
2.2 最小二乘法 |
2.2.1 最小二乘法基本原理 |
2.2.2 最小二乘法求解过程 |
2.3 点群中心法 |
2.3.1 点群中心法基本原理 |
2.3.2 点群中心法求解过程 |
2.4 随机-模糊法 |
2.4.1 随机-模糊法基本原理 |
2.4.2 随机-模糊法求解过程 |
2.5 三种取值方法对比分析 |
第3章 新的应力-应变本构模型 |
3.1 岩土体力学特性划分 |
3.2 新的本构模型 |
3.2.1 模型的基本方程 |
3.2.2 模型参数的确定方法 |
3.3 新本构模型的模型特征 |
3.3.1 临界应力准则 |
3.3.2 临界应变准则 |
3.3.3 剪切模量控制方程 |
3.3.4 软化系数控制方程 |
3.3.5 模型的实用性 |
第4章 新本构模型的Matlab程序设计 |
4.1 MATLAB软件概述 |
4.1.1 Matlab软件的特点 |
4.1.2 矩阵 |
4.1.3 条件循环及M文件 |
4.1.4 GUI界面设计介绍 |
4.2 新本构模型MATLAB程序设计说明 |
4.3 新本构模型GUI可视化界面设计 |
第5章 实例分析 |
5.1 实例一 |
5.1.1 实例描述 |
5.1.2 力学参数不同取值方法下的回归分析 |
5.1.3 不同取值方法下的新本构模型拟合分析 |
5.2 实例二 |
5.2.1 实例描述 |
5.2.2 力学参数不同取值方法下的回归分析 |
5.2.3 不同取值方法下的新本构模型拟合分析 |
5.2.4 新本构模型与邓肯-张模型比对分析 |
第6章 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
附录 |
(7)密排六方(HCP)结构金属材料孪晶的成核与扩展的晶体塑性模型研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
1 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 晶体学基本知识 |
1.2.1 晶体结构 |
1.2.2 坐标转换 |
1.3 金属材料塑性变形机制 |
1.3.1 滑移机制 |
1.3.2 孪晶机制 |
1.3.3 密排六方结构中滑移与孪晶的相互影响 |
1.4 国内外研究现状 |
1.4.1 国外研究现状 |
1.4.2 国内研究现状 |
1.5 传统晶体塑性模型简介 |
1.6 本文研究内容与方法 |
1.6.1 研究内容 |
1.6.2 研究方法 |
1.7 本文的主要创新点 |
2 孪晶成核与扩展的晶体塑性模型 |
2.1 变形梯度F的一般分解 |
2.2 针对孪生过程变形梯度F的分解 |
2.3 考虑孪晶的率相关晶体塑性模型 |
2.3.1 速度梯度L的分解 |
2.3.2 剪切应力的计算 |
2.3.3 Drucker稳定性分析 |
2.3.4 柯西应力σ计算 |
2.3.5 剪切应力率计算 |
2.3.6 孪晶面剪切应变的大小与极性 |
2.3.7 无扩散旋转过程的描述 |
2.3.8 无扩散旋转前后的模型设置 |
2.4 变体β的晶格参数更新 |
2.4.1 旋转中晶格向量的更新 |
2.4.2 旋转前施密特因子的更新 |
2.4.3 旋转中施密特因子的更新 |
2.4.4 旋转后施密特因子的更新 |
2.5 总结 |
3 镁单晶的孪晶成核与扩展研究 |
3.1 晶体塑性力学模型的有限元实现 |
3.2 模拟结果 |
3.3 孪晶扩展的时长效应 |
3.4 总结 |
4 率相关的HADAMARD嵌入式晶体塑性晶界模型研究 |
4.1 晶界模型 |
4.1.1 嵌入式晶界模型的基本假设 |
4.1.2 晶界滑移系的构建 |
4.1.3 晶界塑性应变率 |
4.1.4 应力更新算法 |
4.2 晶界模型的应用 |
4.2.1 晶界模型的验证 |
4.2.2 HCP双晶的孪晶成核与扩展 |
4.2.3 HCP多晶的孪晶成核与扩展 |
4.3 总结 |
5 成核准则与成核函数的研究 |
5.1 成核准则 |
5.1.1 应力成核准则 |
5.1.2 截距成核准则 |
5.1.3 混合成核准则 |
5.2 成核函数 |
5.3 考虑成核准则与成核函数的有限元计算模拟 |
5.3.1 应力成核准则下的孪晶的成核与扩展的研究 |
5.3.2 截距成核准则下的孪晶的成核与扩展的研究 |
5.3.3 混合成核准则下的孪晶的成核与扩展的研究 |
5.4 正交表格 |
5.5 总结 |
6 总结与展望 |
6.1 主要结论 |
6.2 研究展望 |
参考文献 |
附录 |
A.作者在攻读博士期间发表的论文目录 |
B.学位论文数据集 |
致谢 |
(8)基于小孔扩张理论的注浆起始劈裂研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 小孔扩张理论解析解研究现状 |
1.2.2 小孔扩张理论中本构模型研究现状 |
1.2.3 基于小孔扩张理论劈裂注浆力学机理研究现状 |
1.2.4 黏土劈裂注浆室内模型试验研究现状 |
1.3 目前研究工作的不足 |
1.4 本文研究内容及创新点 |
1.4.1 主要研究内容 |
1.4.2 创新点 |
第2章 超固结黏土中不排水球形扩张弹塑性解 |
2.1 引言 |
2.2 不排水超固结黏土球形扩张问题的提出 |
2.3 球形扩孔理论解答 |
2.3.1 问题的描述 |
2.3.2 弹塑性张量的推导在超固结黏土中 |
2.3.3 球形扩张模型的建立在超固结黏土中 |
2.3.4 求解塑性区的边界条件 |
2.4 结果分析 |
2.4.1 应力路径 |
2.4.2 应力分布 |
2.5 试验验证 |
2.5.1 极限扩张压力与锥尖阻力建立关系 |
2.5.2 锥尖阻力预测值与实测值对比 |
2.6 本章小结 |
第3章 超固结黏土中不排水柱形扩张弹塑性解 |
3.1 引言 |
3.2 柱形扩孔理论解答 |
3.2.1 柱形扩孔理论分析 |
3.2.2 弹性区分析 |
3.2.3 弹塑性分析 |
3.2.4 边界条件求解 |
3.2.5 超静孔隙水压力 |
3.3 验证与分析 |
3.3.1 应力路径 |
3.3.2 应力分布 |
3.3.3 超静孔隙水压力与径向位移的关系 |
3.3.4 应用 |
3.4 本章小结 |
第4章 黏土中基于小孔扩张弹塑性理论起始劈裂研究 |
4.1 引言 |
4.2 模型的理论基础 |
4.2.1 小孔扩孔理论分析 |
4.2.2 弹塑性数值解 |
4.2.3 超静孔隙水压力 |
4.2.4 弹塑性解析解 |
4.2.5 劈裂机理以及土体微单元破坏理论 |
4.3 理论模型参数验证与分析 |
4.3.1 三轴试验 |
4.3.2 验证数据的正确性 |
4.4 理论模型验证与分析 |
4.4.1 假定塑性区偏应力不变的解析解验证 |
4.4.2 对比球形和柱形弹塑性的剪切-拉伸起始劈裂模型 |
4.4.3 球形和柱形弹塑性的拉伸起始劈裂模型 |
4.5 本章小结 |
第5章 黏土中起始劈裂试验研究 |
5.1 引言 |
5.2 试验设计 |
5.2.1 试验系统概况 |
5.2.2 黏土起始劈裂注浆试验方案 |
5.3 试验材料及相关参数 |
5.3.1 被注介质 |
5.3.2 水泥浆液 |
5.4 试验步骤 |
5.5 试验结果分析 |
5.5.1 方案结果分析 |
5.5.2 压力和流量图 |
5.5.3 起始劈裂压力对比分析 |
5.5.4 注浆体劈裂规律 |
5.5.5 起始劈裂压力与围压的关系 |
5.6 本章小结 |
第6章 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读硕士学位期间的研究成果 |
深圳大学指导教师对研究生学位论文的学术评语 |
深圳大学研究生学位(毕业)论文答辩委员会决议书 |
(9)基于ABAQUS和复变量求导法的力学反问题求解方法(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
1 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 国内外研究现状 |
1.3 本文研究内容 |
2 固体力学正问题和反问题 |
2.1 固体力学问题数值解法 |
2.1.1 加权余量法 |
2.1.2 边界单元法 |
2.1.3 无网格法 |
2.1.4 有限单元法 |
2.2 反问题求解的梯度法 |
2.2.1 最小二乘法 |
2.2.2 Tikhonov正则化方法 |
2.2.3 共轭梯度法 |
2.2.4 Levenberg-Marquardt算法 |
2.3 ABAQUS的二次开发 |
2.3.1 用户单元子程序(UEL) |
2.3.2 用户材料子程序(UMAT) |
2.4 本章小结 |
3 研究方法 |
3.1 幂强化弹塑性材料的静力问题 |
3.2 复变量求导法 |
3.3 复变量求导法与有限单元法的结合 |
3.4 反问题的计算方法 |
3.5 本章小结 |
4 算例验证与分析 |
4.1 二维算例1 |
4.1.1 二维复变量单元计算精度验证 |
4.1.2 本构参数与边界条件的多宗量反演 |
4.1.3 反演初值的影响 |
4.2 二维算例2 |
4.2.1 本构参数和对称边界条件的反演 |
4.2.2 测量误差的影响 |
4.3 三维算例 |
4.3.1 正问题及单元精度验证 |
4.3.2 本构参数与边界条件的多宗量反演 |
4.3.3 参数初值对收敛过程的影响 |
4.3.4 测点数量在反演中的影响 |
4.3.5 测量误差对反演结果的影响 |
4.3.6 函数形式边界条件的反演 |
4.4 工程算例 |
4.5 本章小结 |
5 总结和展望 |
5.1 总结 |
5.2 展望 |
参考文献 |
附录 A 形函数 |
附录 B 用户子程序接口 |
攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
致谢 |
(10)基于回弹比矩阵的双曲度板成形回弹描述和补偿(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
主要符号说明 |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景和意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 板材的塑性变形 |
1.2.2 板材冷加工工艺 |
1.2.3 双曲度板成形回弹 |
1.2.4 双曲度板材成形数值模拟 |
1.2.5 双曲度板的回弹补偿算法 |
1.3 本文主要研究内容 |
1.4 本文研究思路 |
第2章 双曲度板成形回弹分析 |
2.1 回弹比矩阵相关概念和计算 |
2.1.1 回弹比 |
2.1.2 回弹比矩阵 |
2.1.3 回弹比特征量 |
2.2 典型双曲度板材的回弹差异分析 |
2.2.1 基本假设 |
2.2.2 帆形板与马鞍形板的回弹差异分析 |
2.2.3 帆形板与马鞍形板的回弹比特征量差异分析 |
2.3 本章小结 |
第3章 基于 ANSYS/LS-DYNA 的双曲度板材回弹仿真 |
3.1 三维数控弯板机成形方式 |
3.2 模型建立和相关参数 |
3.3 网格划分和材料模型 |
3.4 接触和约束处理 |
3.5 自动识别建模 |
3.6 对应下压头中心的板材节点序号提取 |
3.7 仿真结果数据处理 |
3.8 本章小结 |
第4章 双曲度板材成形回弹实验的结果描述 |
4.1 单曲度板材实验的回弹描述 |
4.2 双曲度板材冲压成形回弹实验 |
4.3 双向曲率相同的双曲度板实验的回弹描述 |
4.4 双向曲度不同的双曲度板材回弹 |
4.5 本章小结 |
第5章 回弹比矩阵在回弹补偿中的应用 |
5.1 基于回弹比矩阵的回弹补偿算法 |
5.2 补偿算法的对比分析 |
5.3 本章小结 |
第6章 结论与展望 |
6.1 主要结论 |
6.2 本文创新点 |
6.3 研究展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果 |
四、一种新的弹塑性本构矩阵及应用(论文参考文献)
- [1]局部轴压下薄壁圆柱壳结构的屈曲行为及设计方法研究[D]. 焦鹏. 浙江大学, 2021(01)
- [2]基于欧拉网格有限元梁模型的型材多辊矫直数值模拟研究[D]. 王洪. 重庆理工大学, 2021(02)
- [3]复合材料二相杂交应力元法[D]. 唐雯. 昆明理工大学, 2020(05)
- [4]地铁车站-桥梁耦联地震破坏机理及数值模拟[D]. 董瑞. 中国地震局工程力学研究所, 2020(02)
- [5]杆系DEM法计算理论研究及其在结构力学行为仿真中的应用[D]. 许玲玲. 东南大学, 2020(02)
- [6]岩土体力学参数不同取值方法下的本构模型研究[D]. 邹先进. 湖北工业大学, 2020(08)
- [7]密排六方(HCP)结构金属材料孪晶的成核与扩展的晶体塑性模型研究[D]. 黄春阳. 重庆大学, 2020(02)
- [8]基于小孔扩张理论的注浆起始劈裂研究[D]. 吕桂阳. 深圳大学, 2020(10)
- [9]基于ABAQUS和复变量求导法的力学反问题求解方法[D]. 梅杰. 大连理工大学, 2020(02)
- [10]基于回弹比矩阵的双曲度板成形回弹描述和补偿[D]. 赵涵. 武汉理工大学, 2020(08)