文档介绍：浙江大学
硕士学位论文
土体的亚塑性模型及其数值实现与应用
姓名:陆建阳
申请学位级别:硕士
专业:工程力学
指导教师:张继发;郑耀
2012-05
摘要工程中得常见问题如边坡稳定性、基坑支护等分别进行了有限元和无网格瑚亚塑性模型是新近提出的一个土体本构模型。亚塑性理论弥补了传统的弹塑性理论的某些缺陷,以不同思路另辟蹊径,应用更加广泛。为了更好的描述压力水平和密实度对材料特性的影响,临界状态法也己经被用在亚塑性模型中。相对予现有的数值计算方法,学者们提出了一种新的数值方法一无网格法,它能够克服现有数值计算方法的一些不足。无网格法利用插值或近似函数来构造试函数,加上加权残值法和变分原理建立系统方程得到数值解答,而不是使用相互联结的单元来离散问题域。本文主要介绍了亚塑性模型,并开发了亚塑性模型的数值计算程序。对岩土方法的计算,来验证亚塑性模型的功能和计算程序的有效性。关键词:亚塑性模型;有限元分析;无网格法;瑚
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第一章绪论引言亚塑性本构理论研究概况颗粒材料在我们的生活的应周越来越广泛,周围的生活工作环境到处可见。对于土体的本构理论的研究一直没有停止过,国内外学者专家对在这方面一直在努力着。本构关系是材料性质从经验加抽象化的数学表现。土体本构模型是实验结果分析的基础上,对土体变形用数学模型的形式来加以描述;由于众多的变形特征、受应力路径和应变历史影响等,土体随加载条件的不同其变形性状有很大的变化,所以在事实上,要完全地来描述主体在任何条件下复杂变形的特征是不可能的。为了能够分析主体的活动,学者们经过简化假设的前提下提出了各种各样的本构模型,但是其本质上都是有应用范围的局限性。所以在应用这些理论模型的时候,我们必须首先了解该模型的假设条件和它的局限性,才能够更好的解决实际问题。今天,土体的本构模型已经有上百种了,主要分为弹性本构模璺、弹塑性本构模型和流线型本构模型,它们为人类的抵抗自然灾害、改造自然做出了巨大的贡献,但是这方面的研究永远不会停止,因为随着科学技术的发展,人们对生活环境,工程建设等要求越来越高。好的本构模型应该是具有综合理论上严格性、参数上的易确定性和计算机实现的可实现性的特征。但由于土体本构特性的复杂性,至今为止,所提出的主体本构模型中没有一种本构模型能全面地、正确地描述土体的所有特征。亚塑性模型在过去的二十多年里得到了迅速的发展【鳎捎谄湟肓擞捎引入了双屈服面和各向异性硬化准则等概念,使模型的实用能力得到了加强,能够更好的描述土体的复杂的本构特性,应用也越来越广泛。亚塑性理论是在亚弹性理论的基础上,相对于塑性理论而提出的,该理论认为,材料的客观应力率取决于当前的应力和应变率。由于客观应力率、应力和应变率均为二阶对称张量,因此客观应力率关于应力和应变率购函数就是两个对称张量的涵数。此外,爵二元对称张量函数有其严密的数学基础和完整的一般表达
式,因此,该理论建立的本构关系可以用非常筠捷的数学表达式表示出来,并能考虑应力路径的影响。国内外许多专家学者对亚塑性本构理论做出了贡献,以下所列的就是这些学核钕却唇搜撬苄岳砺鄣幕痉匠獭巨眩靡桓黾虻サ姆窍咝张量函数来模拟菲弹性材料的性能,其应力率由两项组成:一顼跟应变率呈线性关系,另一项跟应交率呈非线性关系,其非线性关系通过应交率的范数体现出来。。和如:他们对无粘性土的亚塑性理论做了一些改进,提出了第一个较为实用的亚塑性模型一四参数亚塑性模型莆猈瓸亚塑性模型T谘塑性基本方程中关于线性部分和非线性部分作了一些改变。但是由于他们没有弓入临界状态等概念,理论还存在缺陷,因为该模型不能考虑孔隙比的影响,它的一组本构参数只能适用于描述一定密度范围内土颗粒材料的力性。此外,吭该模型的基础上通过考虑客观性原理和对称性条件,引入一个向量来完成四参数亚塑性本构模型的扩展。扩展后模型通过模型计算结果与实验结果表明考虑各向异性砂的显著特性。哦:在年代后期,】叉提出了八参数亚塑性模型莆狦,撬苄阅P,该模型可以考虑孔隙比影响。雨后,ü芯康玫搅斯惴旱谋ズ涂帕5谋竟估砺鄣难由臁瓸亚塑性模型引进了临界孔隙比等概念,能够合理反映堆石料的非弹性、非线性、剪胀剪缩性等主要应力、应变特性。。相比瓸撬苄愿媚P驮黾恿艘桓鲈は定义的考虑偏应力的瞎界状态面的函数,而其它变化不大。增加了一个临界状态面函数,所以塑性模型对颗粒材料的破坏过程能够较好的模拟。应该说,亚塑性模型的贡献是巨大的。藓虶通过颗粒组的简单实验就可以确定亚塑者们主要工作:壶堑蠢差