导读:本文包含了弹塑性本构关系论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献，主要关键词:纳米压痕,反演测量,本构关系,压痕轮廓
弹塑性本构关系论文文献综述
闫鹏[1]（2019）在《基于纳米压痕技术的弹塑性材料本构关系反演测量方法研究》一文中研究指出纳米压痕技术也称深度敏感压深技术,是一种先进的无损检测技术,可以有效地在纳米尺度下测量材料的力学性能,具有非常广阔的应用前景。纳米压痕技术的主要原理是测试压头作用在微/纳米尺度的小体积内,提取材料的力学响应,并根据获得的材料加载和卸载响应曲线(载荷—位移曲线)来研究材料的力学性能。随着数值技术的完善和提高,基于纳米压痕技术的反演测量法成为研究的热点,该方法主要是通过反向分析载荷—位移曲线进而获得材料更多的力学性能参数。本文首先系统地介绍了纳米压痕技术的基本原理,对其中涉及的实验装置、测试原理以及力学理论进行了分析。详细说明了基于纳米压痕技术的反演测量方法,利用量纲分析法得出影响实验结果的因素,并建立了MATLAB和ANSYS联合反演的半封闭测量方法,为本文的研究提供了理论和实践的基础。其次,利用ANSYS建立弹塑性材料的压痕实验模型并在反演测量中引入压痕轮廓信息。建立了球形、锥形压头的二维、叁维几何模型,并对纳米压痕实验过程进行数值模拟,将数值模拟得到的数据与实验数据进行对比,验证了数值模型的有效性;分析了不同实验因素对压痕形貌周围凸起和凹陷现象的影响,并对球形、锥形压头作用下压痕形貌周围凸起和凹陷现象发生的规律进行分析;针对基于纳米压痕技术反演测量材料本构关系结果不准确、不唯一的问题,本文提出引入压痕轮廓信息来提高材料本构关系测量精度,通过实例证明引入压痕轮廓信息确实可以提高材料本构关系反演测量的准确性和唯一性。再次,提出多算法联合优化策略。对常用优化方法的原理进行介绍,并将各优化方法应用在纳米压痕反演识别的计算中。实验发现,优化反演分析过程中对目标函数的求解需要利用优化算法进行大量的迭代计算,单一的优化算法由于自身的缺陷通常陷入局部解或是求解时间长,导致计算结果不对或是计算效率低。为了解决上述问题,本文提出多种优化算法联合的优化策略,综合利用各优化算法的特点,提高反演计算的效率和精度。通过实例证明了本文所提出的多算法联合优化策略在材料参数反演测量中可以显着提高测量结果的精度和效率,对工程中类似的反演分析问题具有一定的借鉴意义。最后,以纯铜和纯钨为试样,通过纳米压痕设备获得载荷—位移曲线和叁维压痕形貌等实验数据。对应地在反演分析法中引入压痕轮廓信息并应用联合优化策略对纯铜的材料参数进行反演识别,结果表明本文所建立的基于压痕实验的弹塑性材料本构反演分析法能高效、准确地对试样的非线性材料模型参数进行反演识别。(本文来源于《西安理工大学》期刊2019-06-30）
李彪[2]（2018）在《钢—聚丙烯混杂纤维混凝土弹塑性损伤本构关系及数值实现》一文中研究指出钢-聚丙烯混杂纤维混凝土以其更加优异的力学性能和更加合理的综合效益,在桥梁、道路、隧道、高层及大跨结构等重大土木工程中拥有广阔的应用前景。大量工程灾害调查表明,混凝土结构的破坏归根结底在于混凝土材料本身及其附属连接承载性能的丧失。混凝土结构性能预测的关键问题为混凝土材料本质力学属性,即本构关系。研究表明,塑性变形和损伤演化是引起混凝土材料和结构非线性最为主要的两个方面,因此,建立合理准确的弹塑性损伤本构关系对混凝土结构非线性分析和性能设计具有十分重要的理论意义和工程应用价值。本文在国家自然科学基金项目“钢-聚丙烯混杂纤维混凝土弹塑性损伤本构关系研究”(项目编号:51608397)和“钢-聚丙烯混杂纤维混凝土多尺度本构关系:从纳观尺度到宏观尺度”(项目编号:51478367)的资助下,在课题组前期工作的基础上,采用试验研究、理论分析和数值模拟相结合的方法,对钢-聚丙烯混杂纤维混凝土循环荷载下的应力-应变关系和损伤行为进行了系统的研究,建立了相应的弹塑性损伤本构模型。主要工作及研究成果如下:(1)考虑纤维种类、体积掺量和长径比等因素,设计制作28组共168个圆柱体拉伸试件,研究钢-聚丙烯混杂纤维混凝土单轴循环受拉应力-应变关系,分析其破坏形态、应力-应变全曲线、塑性变形和性能退化等。结果表明:钢-聚丙烯混杂纤维多层次、逐级阻裂的作用特点明显;混杂纤维的掺入显着改善了混凝土的破坏形态,普通混凝土和聚丙烯纤维混凝土为明显脆性破坏,钢纤维混凝土和混杂纤维混凝土为延性破坏。钢-聚丙烯混杂纤维混凝土单轴循环受拉全过程分为弹性段、细观裂纹扩展段、宏观裂纹扩展段和破坏段等四个阶段。混凝土受拉峰值强度、残余应变、受拉韧性和延性等均随着钢纤维体积掺量和长径比增加而增大。混杂纤维可延缓混凝土受拉刚度退化过程,且其随着钢纤维体积掺量和长径比增加而减慢,但聚丙烯纤维对其影响不明显。混凝土受拉塑性应变和应力退化过程受混杂纤维的影响较小。基于刚度退化过程,忽略聚丙烯纤维的作用,提出了混杂纤维混凝土单轴受拉损伤演化方程。最后,基于试验数据结果,建立了半经验的混杂纤维混凝土单轴循环受拉应力-应变全曲线方程。(2)通过168个棱柱体试件的单轴循环受压试验,研究钢-聚丙烯混杂纤维混凝土循环受压应力-应变关系,分析纤维种类、体积掺量和长径比等因素对其破坏形态、应力-应变全曲线、塑性变形、刚度退化和应力退化等的影响。结果表明:混杂纤维混凝土受压破坏表现出明显延性特征;其循环受压全过程分为弹性段、细观裂缝扩展段、宏观裂缝扩展段、断裂发生段、持续破坏段和收敛段等六个阶段。与普通混凝土相比,混杂纤维混凝土受压峰值强度高、峰后延性好、滞回耗能能力强、性能退化程度低;混杂纤维对混凝土受压塑性应变累积具有明显约束作用;混凝土受压刚度退化和应力退化受纤维特征参数的影响不明显。基于刚度退化过程,考虑混杂纤维作用,提出了混杂纤维混凝土单轴受压损伤演化方程。最后,基于本文和相关文献试验数据结果,建立了半经验的混杂纤维混凝土单轴循环受压应力-应变全曲线方程。(3)采用声发射技术实时监测钢-聚丙烯混杂纤维混凝土的破坏全过程,并基于声发射信号特征分析,深入研究其损伤过程和损伤机理。结果表明,声发射技术可较好地实时监测混凝土的破坏过程。在弹性阶段,无声发射信号产生;在细观裂纹扩展段,有极少数声发射信号产生,伴随着较低的声发射信号能量;当达到峰值应力时,随着宏观裂缝的产生,混凝土试件的声发射信号数量迅速增加,并伴随着较高的声发射信号能量;随着轴向位移持续增加,声发射信号数逐渐减少,试件最终发生破坏。在细观裂纹扩展段,声发射信号源主要是基体受拉裂纹的产生和扩展;在宏观裂纹扩展段和破坏段,声发射信号源主要为钢纤维与基体间的滑移和拔出以及变形钢纤维凸起肋引起的劈裂裂缝。随着钢纤维体积掺量和长径比增加,试件内部微裂纹数量和剪切裂纹所占比重均增加,混凝土试件破坏由受拉裂纹控制向受剪裂纹控制转变。聚丙烯纤维长径比对混凝土试件声发射信号参数影响不明显。(4)借助SEM电镜扫描、声发射技术和宏观试验现象对混杂纤维对混凝土的作用机理进行深入分析,探究钢-聚丙烯混杂纤维增强作用在不同尺度条件下对混凝土损伤的影响机制。结果表明:①在微观尺度,钢-聚丙烯混杂纤维的掺入改善了混凝土内部的微观形貌,提高了粗骨料与基体的界面过渡区性能,减少了界面处的孔洞数量,但增加了基体中的微孔洞数量,纤维与基体的界面均为薄弱面;②在细观尺度,纤维弹性模量越高、数量越多、长径比越大,试件承受的荷载能够较多地通过界面从基体混凝土传递到纤维,使得基体混凝土损伤速度和损伤程度减小。同时,钢-聚丙烯混杂纤维的裂纹桥接作用使得试件内部的剪切裂纹数量增多,改善了混凝土的破坏形态,表现出更为明显的增强效果;③在宏观尺度,混杂纤维共同工作,发挥各自优势,表现出明显的正混杂效应。但在整个混杂系统里,钢纤维起主要控制作用,且主要在混凝土受拉开裂后起到桥接宏观主裂缝的作用；聚丙烯纤维作用较弱,主要在宏观裂缝出现前,起到桥接细观裂纹的作用,延缓了损伤的出现,提高了混凝土的损伤阈值,增强了混凝土的抗拉强度。(5)为了能够准确合理地反映钢-聚丙烯混杂纤维混凝土的损伤演化和塑性变形等基本特征,本文在不可逆热动力学框架下,运用连续介质损伤力学和弹塑性力学理论,考虑塑性变形与损伤的耦合作用,建立了钢-聚丙烯混杂纤维混凝土理论弹塑性损伤本构模型。引入了弹塑性损伤本构模型数值算法,在大型通用有限元软件ABAQUS平台上编制了用户自定义材料UMAT子程序并进行数值实现。经验证,所建立的理论弹塑性损伤本构模型能够较好地模拟纤维混凝土材料在单轴加载、双轴受压、叁轴受压等不同典型荷载条件下的受力性能。最后,在总结全文的基础上,对本课题的后续研究提出了建议。(本文来源于《武汉大学》期刊2018-10-01）
苑世剑,何祝斌,胡卫龙[3]（2018）在《非理想材料塑性本构关系的研究现状及发展方向》一文中研究指出介绍了金属材料塑性本构关系的研究与应用现状,阐述了塑性本构中屈服方程和塑性位势方程的物理含义及其相互关系,分析了现有塑性本构关系用于工程材料塑性变形分析时存在的主要问题,重点分析了实验数据应用导致的预测误差、屈服方程与塑性位势相关联假设条件所导致的不能同时反映屈服和流动的问题以及数学模型和本构关系基本结构方面存在的问题,讨论了发展非理想材料(各向异性材料、压力敏感材料等)塑性本构关系亟待解决的理论和实验难题,指出了非理想材料塑性本构关系的若干发展方向。突破经典塑性力学的理论体系、建立全新的"非关联"各向异性材料塑性本构关系理论体系,需要在理论模型、实验方法、数值仿真及工程应用等环节开展相关研究。(本文来源于《塑性工程学报》期刊2018年04期）
李云飞,曾祥国[4]（2018）在《钛合金热粘塑性本构关系的子程序开发及有限元验证》一文中研究指出目前大型有限元商业软件中包含一些常见的金属热粘塑性本构模型有限元程序,但由于不同的具体工程应用问题,这些软件中的模型通常无法满足对高速冲击或切削等条件下材料性能的描述。针对这一问题,本研究引入一种显式积分算法,并通过ABAQUS用户子程序接口将用户自定义的金属热粘塑性本构模型进行了数值程序实现。对比实验数据可见,VUMAT子程序可较准确地描述TC4钛合金的应变率强化与温度软化效应。此外,通过与ABAQUS软件自带的Johnson-Cook本构模型数值模拟结果对比发现,两者吻合良好,且子程序在计算效率方面明显优于前者,为金属材料在高速冲击或切削加工等条件下的数值模拟提供了技术支撑。(本文来源于《钛工业进展》期刊2018年01期）
李嘉文,李美求,李旭东,罗竞波[5]（2017）在《基于LS-DYNA的理想弹塑性材料本构关系模型开发基本方法》一文中研究指出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。(本文来源于《长江大学学报(自科版)》期刊2017年17期）
张潇,陈鹏万,郭保桥,冉春,张旺峰[6]（2017）在《TA15钛合金动态力学性能及塑性本构关系研究》一文中研究指出动态力学性能是材料性能好坏的重要评价标准之一。利用分离式霍普金森压杆实验技术对TA15钛合金的动态力学性能进行了研究,得到了TA15钛合金在室温下不同应变率的真应力-真应变曲线。结合变形过程中应力、应变、应变率和时间的变化关系,得到了TA15钛合金在高应变率加载时的塑性变形规律。材料压缩断裂过程是:材料正常承载段,应力在应变硬化的作用下达到最大值,随后发生应力塌陷,材料发生绝热剪切失稳应力急剧下降,应变速率陡增,最后绝热剪切带完全扩展导致试样分离。利用实验数据对TA15钛合金在高应变率下的动态塑性本构模型,得到了室温下TA15钛合金的动态塑性本构模型。(本文来源于《中国力学大会-2017暨庆祝中国力学学会成立60周年大会论文集（C）》期刊2017-08-13）
李玉寒[7]（2017）在《冲击液压载荷作用下管材动态塑性本构关系的研究》一文中研究指出基于轻量化和一体化特征开发的管材液压成形技术(THF),具有成本低、成形零件质量好、节约材料等优点,正获得快速发展。然而,在实际生产应用中发现,THF存在制造过程繁琐、成形难度大、成形效率较低等缺点。冲击液压成形(Liquid Impact Forming,LIF)是在液压胀形和冲压成形基础上发展起来的一种新型复合成形技术,它利用压力机上下模具闭合时的径向压管运动,使管材内部液体自发产生内压力而快速填充模具型腔,完成胀形过程,以此甩掉复杂的液压系统而大幅降低管材成形的成本和周期。高精度的管材塑性本构关系不仅对管材成形机理的分析具有重要影响,而且是有限元数值模拟的重要前提。因此,本文对冲击液压载荷作用下管材的动态塑性本构关系进行研究具有重要意义。本文研究的主要内容包括:(1)分析本构关系的基础理论和材料的应变速率响应,根据管材冲击液压成形的受力条件,选定管材冲击液压成形的动态塑性本构模型。(2)对SS304不锈钢管材进行不同速度的冲击液压成形试验,通过应变在线测量系统对管材胀形区的动态变化数据进行在线测量,根据试验数据计算轮廓上的轴向曲率半径和周向半径。(3)基于上述试验变形数据,先用一般线性回归法,求解两种本构模型的参数;然后研究根据遗传算法的收敛特点,求解管材冲击液压条件下的两种塑性本构关系。(4)基于DYNAFORM和ANSYS Workbench联合仿真,建立管材冲击液压成形的有限元模型,分别将线性回归法和遗传算法得到的管材塑性本构关系作为材料模型,对管材冲击液压成形过程分别进行有限元模拟,通过试验结果与模拟结果的对比,来检验所构建出冲击液压成形条件下管材的动态塑性本构关系的精度。研究表明:(1)本文提出的动态塑性本构关系,从应变速率角度研究冲击载荷作用下金属薄壁管准确的塑性本构关系。通过模拟结果与试验结果对比,表明本文构建的动态塑性本构关系具有较高的精度。(2)根据模拟结果的最大胀形高度与试验的结果对比,可以定量地得出J-C本构模型最大误差范围在7.43%以内,F-B本构模型最大误差范围在8.65%以内,表明J-C本构模型更适合描述管材冲击液压胀形时的塑性硬化关系。(3)根据验证结果,线型回归法确定的本构模型误差均大于遗传算法确定的本构模型的误差,表明遗传算法具有稳定且快速收敛的优点,能够在变量空间中找出包含最优解和极值的单峰值区域并搜索最优解,在拟合复杂目标函数时具有明显优势。(4)随着冲击速度的提高,仿真结果的误差逐渐减小,表明本文确定的动态塑性本构关系适应于冲击速度较大的管材液压成形。本课题研究成果提供了一种冲击液压载荷作用下管材动态塑性本构关系的构建方法,对LIF的其他研究和有限元模拟具有一定的借鉴和指导作用。(本文来源于《桂林电子科技大学》期刊2017-06-01）
朱佳佳[8]（2017）在《高延性金属阻尼材料大塑性本构关系研究》一文中研究指出软钢阻尼器是一种新一代可被广泛应用于耗能减震结构体系的利用软钢材料塑性变形来实现阻尼功能的结构部件,具有稳定可靠的工作性能和良好的耗能能力。软钢极低的屈服点可以保证阻尼器在建筑等主体结构在受到地震等外界载荷之前迅速进入塑性变形阶段,从而保证建筑等主体结构的安全。软钢较大的塑性变形能力,可以保证阻尼器可以在地震中能够有足够的耗能能力,可以吸收掉地震中产生的能量,从而保护建筑等主体结构的安全。本文对目前阻尼器中常用的几种金属材料的耗能特性进行了综合分析与对比。通过对不同金属材料的屈服强度,循环效应以及大塑性变形行为进行详细全面的量化分析与对比,发现几种金属材料在剪切载荷作用下,表现出比拉伸条件下更大的变形能力;同时软钢材料相对于其他几种材料在变形能力和耗能上都有着巨大的优势。因此本文以软钢材料为研究对象,对其在多种载荷条件下的大塑性变形行为进行了深入的研究。基于线性优化准则对颈缩效应下的软钢材料单轴拉伸大塑性变形特性进行研究,构建软钢材料单向拉伸精确本构模型及等效剪切应力应变本构模型;对软钢材料单调剪切大塑性变形特性与循环剪切下的材料的循环硬化效应进行研究,构建软钢材料单调剪切与循环剪切本构模型方程;依据考虑初始屈服强度演化的双屈服面模型及循环载荷下结构的多轴效应,对本构模型进行优化修正,最终构建准确描述软钢阻尼器大塑性变形行为的精确本构模型。同时,根据建立的材料精确本构,提出双曲线简化本构模型,并对其精确性进行验证。本文建立的阻尼器结构精确数值分析模型及材料精确本构模型,实现了阻尼器结构小变形至大塑性变形下力学特性及变形行为的准确模拟,对准确评估阻尼器耗能性能和结构稳定性分析具有重要意义。同时,本文提出的精确本构详细的建模过程,对今后材料的大塑性本构精确建模具有重要参考意义。(本文来源于《江南大学》期刊2017-06-01）
邱伟民[9]（2016）在《基于ABAQUS的弹塑性本构关系模型开发》一文中研究指出根据塑性力学基本公式的谱分解形式,采用回映算法编制用户材料子程序,数值计算结果表明算法有效。(本文来源于《低温建筑技术》期刊2016年06期）
程星磊[10]（2015）在《软土不排水循环弹塑性本构关系及其在海洋锚固基础变形分析中的应用》一文中研究指出许多海洋锚固基础,如吸力锚、法向承力锚和大直径筒形基础等,不仅遭受来自上部结构的工作荷载,还遭受来自波浪的循环荷载。分析海洋基础在这些荷载下的变形过程及承载力对海洋基础的稳定性评价尤为重要。为此本文建立了软土的不排水循环弹塑性本构关系,并将其应用于海洋锚固基础的变形分析。以Mises屈服准则构建边界约束面方程,利用硬化模量插值方法及映射中心移动方法,在偏应力空间中构建硬化模量场,建立了一个总应力形式的增量弹塑性边界面模型。该模型依据径向映射法则建立弹塑性模量插值函数,并认为加卸载过程中映射中心随加卸载路径变化而不断移动,通过弹塑性模量的插值及映射中心的移动,使得硬化模量场的演化规律表述简单,跟踪循环应力路径所需记忆的参数较少。另外,模型通过在弹塑性模量插值函数中引入反映剪应变累积速率和大小的参数控制累积剪应变随循环次数的变化规律,不仅可描述循环加载时应力应变曲线的非线性、滞回性、应变累积性等基本特性,还可预测不同初始应力水平、循环应力水平下土单元的应力应变响应。进一步,阐述了利用循环叁轴压缩试验确定模型参数的方法,开展了不同静应力比,循环应力比下的循环叁轴拉伸、循环扭剪试验,用叁轴压缩试验确定的模型参数预测循环叁轴拉伸及循环扭剪试验结果,通过预测结果与试验结果的对比,验证了模型对不同应力状态的适用性。编制所建循环弹塑性本构模型的UMAT子程序,将其嵌入有限元软件ABAQUS。依据所建本构模型的特点,形成了基于该模型的弹塑性应力状态确定方法。采用子增量显示欧拉算法确定每次迭代计算后的弹塑性应力状态,通过在子程序中设置与当前应力点弹塑性模量相关的状态变量来更新每个迭代步的弹塑性矩阵;采用径向返回方法把超越边界面的应力状态修正到边界面上,确保任意时刻计算后的应力状态始终落在边界面内或者边界面上;建立了应力反向判断方法,即依据偏应力增量与边界面上像应力点处的外法线向量之间的夹角判断应力反向,进而更新映射中心,确定应力反向后的应力状态。通过联合UMAT子程序与ABAQUS增量求解主程序的功能,形成了计算软土不排水循环变形时程的增量弹塑性有限元方法。进一步,利用该有限元算法对循环叁轴及循环扭剪试验两种简单的边值问题进行预测,通过有限元预测结果与用本构模型编制的单元预测程序计算结果的比较,初步验证形成的增量弹塑性有限元算法的正确性。开展了吸力锚在最佳系泊点受平均荷载与循环荷载共同作用的1g模型试验。在强度均匀和强度沿深度线性变化的土层中,开展了吸力锚的静力加载试验、平均荷载与等幅循环荷载共同作用以及平均荷载与变幅循环荷载共同作用下的吸力锚模型试验。研究了不同试验条件下锚的变形过程、破坏模式、承载力特性及孔压发展规律。试验发现,在循环荷载作用下,锚均因发生过大的系泊向累积位移而破坏,当无竖向附加荷重时,无论等幅还是变幅加载,锚的竖向累积位移均大于水平累积位移,在等幅加载下表现为典型的竖向破坏模式,在变幅加载下表现为偏于竖向破坏的中间破坏模式;当在竖向施加0.3kN的附加荷重时,锚在循环荷载作用下表现为典型的水平破坏模式。与静力加载相比,循环加载时锚的运动方向角明显增大,竖向运动增强,甚至发生破坏模式的转变,分析锚底和锚侧被动区测点处孔压的变化规律可知,这可能是由于孔压累积导致竖向承载力的减弱比水平承载力更为显着所致。利用建立的增量弹塑性有限元方法对吸力锚的模型试验进行数值分析,通过数值分析结果与模型试验结果的对比,验证了有限元分析方法的可行性。建立了均匀土层和分层土中吸力锚的叁维有限元计算模型,对吸力锚在等幅循环荷载以及变幅循环荷载作用下的变形过程进行模拟分析。进一步,将有限元分析结果与模型试验结果进行比较,验证了有限元分析方法的可行性。对比结果显示,在不同的加载条件下,有限元算法得到的锚沿系泊方向的位移时程曲线,锚系泊点沿水平方向、竖直方向累积位移的预测结果与模型试验结果基本一致;锚破坏时的变形情况,破坏模式及循环破坏次数也与试验结果基本一致。表明建立的增量弹塑性有限元算法可以在一定程度上评价静荷载与循环荷载共同作用下吸力锚基础的变形失稳过程,还可以依据适当的位移破坏标准确定锚的循环承载力。另外,还利用建立的弹塑性有限元算法对法向承力锚和吸力沉箱基础的循环失稳过程进行了数值分析,验证了该方法对不同结构形式海洋锚固基础的普遍适用性。(本文来源于《天津大学》期刊2015-12-01）
弹塑性本构关系论文开题报告
（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：
钢-聚丙烯混杂纤维混凝土以其更加优异的力学性能和更加合理的综合效益,在桥梁、道路、隧道、高层及大跨结构等重大土木工程中拥有广阔的应用前景。大量工程灾害调查表明,混凝土结构的破坏归根结底在于混凝土材料本身及其附属连接承载性能的丧失。混凝土结构性能预测的关键问题为混凝土材料本质力学属性,即本构关系。研究表明,塑性变形和损伤演化是引起混凝土材料和结构非线性最为主要的两个方面,因此,建立合理准确的弹塑性损伤本构关系对混凝土结构非线性分析和性能设计具有十分重要的理论意义和工程应用价值。本文在国家自然科学基金项目“钢-聚丙烯混杂纤维混凝土弹塑性损伤本构关系研究”(项目编号:51608397)和“钢-聚丙烯混杂纤维混凝土多尺度本构关系:从纳观尺度到宏观尺度”(项目编号:51478367)的资助下,在课题组前期工作的基础上,采用试验研究、理论分析和数值模拟相结合的方法,对钢-聚丙烯混杂纤维混凝土循环荷载下的应力-应变关系和损伤行为进行了系统的研究,建立了相应的弹塑性损伤本构模型。主要工作及研究成果如下:(1)考虑纤维种类、体积掺量和长径比等因素,设计制作28组共168个圆柱体拉伸试件,研究钢-聚丙烯混杂纤维混凝土单轴循环受拉应力-应变关系,分析其破坏形态、应力-应变全曲线、塑性变形和性能退化等。结果表明:钢-聚丙烯混杂纤维多层次、逐级阻裂的作用特点明显;混杂纤维的掺入显着改善了混凝土的破坏形态,普通混凝土和聚丙烯纤维混凝土为明显脆性破坏,钢纤维混凝土和混杂纤维混凝土为延性破坏。钢-聚丙烯混杂纤维混凝土单轴循环受拉全过程分为弹性段、细观裂纹扩展段、宏观裂纹扩展段和破坏段等四个阶段。混凝土受拉峰值强度、残余应变、受拉韧性和延性等均随着钢纤维体积掺量和长径比增加而增大。混杂纤维可延缓混凝土受拉刚度退化过程,且其随着钢纤维体积掺量和长径比增加而减慢,但聚丙烯纤维对其影响不明显。混凝土受拉塑性应变和应力退化过程受混杂纤维的影响较小。基于刚度退化过程,忽略聚丙烯纤维的作用,提出了混杂纤维混凝土单轴受拉损伤演化方程。最后,基于试验数据结果,建立了半经验的混杂纤维混凝土单轴循环受拉应力-应变全曲线方程。(2)通过168个棱柱体试件的单轴循环受压试验,研究钢-聚丙烯混杂纤维混凝土循环受压应力-应变关系,分析纤维种类、体积掺量和长径比等因素对其破坏形态、应力-应变全曲线、塑性变形、刚度退化和应力退化等的影响。结果表明:混杂纤维混凝土受压破坏表现出明显延性特征;其循环受压全过程分为弹性段、细观裂缝扩展段、宏观裂缝扩展段、断裂发生段、持续破坏段和收敛段等六个阶段。与普通混凝土相比,混杂纤维混凝土受压峰值强度高、峰后延性好、滞回耗能能力强、性能退化程度低;混杂纤维对混凝土受压塑性应变累积具有明显约束作用;混凝土受压刚度退化和应力退化受纤维特征参数的影响不明显。基于刚度退化过程,考虑混杂纤维作用,提出了混杂纤维混凝土单轴受压损伤演化方程。最后,基于本文和相关文献试验数据结果,建立了半经验的混杂纤维混凝土单轴循环受压应力-应变全曲线方程。(3)采用声发射技术实时监测钢-聚丙烯混杂纤维混凝土的破坏全过程,并基于声发射信号特征分析,深入研究其损伤过程和损伤机理。结果表明,声发射技术可较好地实时监测混凝土的破坏过程。在弹性阶段,无声发射信号产生;在细观裂纹扩展段,有极少数声发射信号产生,伴随着较低的声发射信号能量;当达到峰值应力时,随着宏观裂缝的产生,混凝土试件的声发射信号数量迅速增加,并伴随着较高的声发射信号能量;随着轴向位移持续增加,声发射信号数逐渐减少,试件最终发生破坏。在细观裂纹扩展段,声发射信号源主要是基体受拉裂纹的产生和扩展;在宏观裂纹扩展段和破坏段,声发射信号源主要为钢纤维与基体间的滑移和拔出以及变形钢纤维凸起肋引起的劈裂裂缝。随着钢纤维体积掺量和长径比增加,试件内部微裂纹数量和剪切裂纹所占比重均增加,混凝土试件破坏由受拉裂纹控制向受剪裂纹控制转变。聚丙烯纤维长径比对混凝土试件声发射信号参数影响不明显。(4)借助SEM电镜扫描、声发射技术和宏观试验现象对混杂纤维对混凝土的作用机理进行深入分析,探究钢-聚丙烯混杂纤维增强作用在不同尺度条件下对混凝土损伤的影响机制。结果表明:①在微观尺度,钢-聚丙烯混杂纤维的掺入改善了混凝土内部的微观形貌,提高了粗骨料与基体的界面过渡区性能,减少了界面处的孔洞数量,但增加了基体中的微孔洞数量,纤维与基体的界面均为薄弱面;②在细观尺度,纤维弹性模量越高、数量越多、长径比越大,试件承受的荷载能够较多地通过界面从基体混凝土传递到纤维,使得基体混凝土损伤速度和损伤程度减小。同时,钢-聚丙烯混杂纤维的裂纹桥接作用使得试件内部的剪切裂纹数量增多,改善了混凝土的破坏形态,表现出更为明显的增强效果;③在宏观尺度,混杂纤维共同工作,发挥各自优势,表现出明显的正混杂效应。但在整个混杂系统里,钢纤维起主要控制作用,且主要在混凝土受拉开裂后起到桥接宏观主裂缝的作用；聚丙烯纤维作用较弱,主要在宏观裂缝出现前,起到桥接细观裂纹的作用,延缓了损伤的出现,提高了混凝土的损伤阈值,增强了混凝土的抗拉强度。(5)为了能够准确合理地反映钢-聚丙烯混杂纤维混凝土的损伤演化和塑性变形等基本特征,本文在不可逆热动力学框架下,运用连续介质损伤力学和弹塑性力学理论,考虑塑性变形与损伤的耦合作用,建立了钢-聚丙烯混杂纤维混凝土理论弹塑性损伤本构模型。引入了弹塑性损伤本构模型数值算法,在大型通用有限元软件ABAQUS平台上编制了用户自定义材料UMAT子程序并进行数值实现。经验证,所建立的理论弹塑性损伤本构模型能够较好地模拟纤维混凝土材料在单轴加载、双轴受压、叁轴受压等不同典型荷载条件下的受力性能。最后,在总结全文的基础上,对本课题的后续研究提出了建议。
（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。
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