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多类混凝土损伤比强度理论及塑性-损伤模型研究进展与应用 被引量:1
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作者 丁发兴 吴霞 +7 位作者 吕飞 王文君 孙浩 SADAT Said Ikram 许云龙 王恩 王莉萍 余志武 《铁道科学与工程学报》 北大核心 2025年第2期690-711,共22页
为完善混凝土强度理论和塑性-损伤模型,通过参考岩石损伤比强度理论,根据现有普通混凝土、再生混凝土、轻骨料混凝土和纤维混凝土等多类混凝土多轴强度试验数据,推荐损伤比变量中的五经验系数取值,完善多类混凝土损伤比强度理论并揭示... 为完善混凝土强度理论和塑性-损伤模型,通过参考岩石损伤比强度理论,根据现有普通混凝土、再生混凝土、轻骨料混凝土和纤维混凝土等多类混凝土多轴强度试验数据,推荐损伤比变量中的五经验系数取值,完善多类混凝土损伤比强度理论并揭示约束混凝土工作原理。分析表明,随着静水压力的增加,混凝土压损伤比将由单轴受压时为1左右线性递减至小于0.5,八面体剪应力先增大后减小,轴向峰值应力提升为某一定值,压损伤比取值减小引发非弹性体积膨胀减小至不变,因而导致混凝土由单轴受压脆性破坏向多轴受压塑性破坏转变,该理论为钢管混凝土柱中发挥混凝土耗能潜力提供理论依据。依据混凝土损伤比强度理论,确定多类混凝土塑性-损伤模型中的三轴强度参数,包括膨胀角、拉压子午线强度比值和二轴等压与单轴抗压强度比值,并建议常温静力荷载下多类混凝土的单轴受压、受拉应力-应变曲线方程及其参数表达式,常温地震荷载下普通混凝土的单轴受压、受拉应力-应变曲线方程及其参数表达式,以及火灾升温环境下普通混凝土的单轴受压、受拉应力-应变曲线方程及其参数表达式,建立约束混凝土三轴塑性-损伤模型。介绍多类混凝土塑性-损伤模型在钢-混凝土组合结构有限元模型中的应用,模型中混凝土采用实体单元而钢管与钢梁采用壳单元,可模拟钢管与混凝土之间的界面滑移与约束作用,当采取增强约束拉筋强柱构造方法时可提升钢管混凝土柱及其结构的承载力、抗震与抗火性能。 展开更多
关键词 混凝土 损伤 强度理论 塑性-损伤模型 三轴参数 应力-应变曲线 实体-壳单元模型
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基于损伤比强度理论的约束钢纤维混凝土塑性-损伤模型及应用 被引量:2
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作者 丁发兴 邓亦南 吴霞 《东南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第1期89-97,共9页
为建立钢纤维混凝土(SFRC)三轴塑性-损伤模型(CDP),采用普通混凝土三轴塑性-损伤模型构建方法,对已有钢纤维混凝土单轴力学性能试验数据库进行整理分析,提出适用于不同钢纤维体积分数下混凝土立方体抗压强度、轴心抗压强度、轴心抗拉强... 为建立钢纤维混凝土(SFRC)三轴塑性-损伤模型(CDP),采用普通混凝土三轴塑性-损伤模型构建方法,对已有钢纤维混凝土单轴力学性能试验数据库进行整理分析,提出适用于不同钢纤维体积分数下混凝土立方体抗压强度、轴心抗压强度、轴心抗拉强度、弹性模量、受压峰值应变与受拉峰值应变的统一计算公式以及钢纤维混凝土单轴受压、受拉应力-应变骨架曲线和卸载刚度表达式。根据钢纤维混凝土损伤比强度理论,推荐了塑性-损伤模型中的三轴强度及其他参数,提出约束钢纤维混凝土三轴塑性-损伤模型。结果表明,在钢筋钢纤维混凝土简支梁静力加载、短柱轴压加载以及悬臂柱低周反复加载的有限元模型分析中,所提模型的计算结果与试验结果符合良好。 展开更多
关键词 钢纤维混凝土 力学性能 塑性-损伤模型 有限元分析
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基于损伤比强度理论的约束地聚物混凝土塑性-损伤模型及应用
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作者 张绍松 丁发兴 吴霞 《铁道科学与工程学报》 北大核心 2025年第4期1735-1746,共12页
为建立约束地聚物混凝土塑性-损伤模型,整理分析了国内外地聚物混凝土力学性能试验数据资料,对地聚物混凝土的各种力学性能指标进行了统一分析,提出了地聚物混凝土基本力学性能包括轴心抗压(拉)强度、劈裂抗拉强度、弹性模量、轴心受压(... 为建立约束地聚物混凝土塑性-损伤模型,整理分析了国内外地聚物混凝土力学性能试验数据资料,对地聚物混凝土的各种力学性能指标进行了统一分析,提出了地聚物混凝土基本力学性能包括轴心抗压(拉)强度、劈裂抗拉强度、弹性模量、轴心受压(拉)峰值应变等统一计算公式,建立了地聚物混凝土单轴受压(拉)应力-应变全曲线表达式。基于其他混凝土损伤比强度理论和现有地聚物混凝土围压三轴强度试验数据,提出了地聚物混凝土损伤比强度理论,建议了地聚物混凝土塑性-损伤模型中的三轴参数,包括膨胀角、拉压子午线强度比值和二轴等压与单轴抗压强度比值等,形成了约束地聚物混凝土塑性-损伤模型。基于ABAQUS有限元软件对钢筋地聚物混凝土简支梁四点弯曲试验、钢管地聚物混凝土短柱轴压试验及钢筋地聚物混凝土柱拟静力试验进行模拟,验证了该模型的有效性。研究结果表明:1)提出的各基本力学性能计算公式计算结果与试验结果吻合良好,计算精度较高;2)提出的地聚物混凝土单轴受压与受拉应力-应变全曲线与试验曲线吻合度较高;3)应用约束地聚物混凝土三轴塑性-损伤模型的有限元模型计算结果(包括钢筋地聚物混凝土简支梁荷载-挠度曲线、钢管地聚物混凝土短柱轴压荷载-应变曲线及钢筋地聚物混凝土柱荷载-位移滞回曲线)和试验结果较为吻合。 展开更多
关键词 损伤比强度理论 地聚物混凝土 力学性能 塑性-损伤模型 有限元分析
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岩石弹塑性应力-渗流-损伤耦合模型研究(Ⅰ):模型建立及其数值求解程序 被引量:28
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作者 王军祥 姜谙男 宋战平 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第S2期626-637,644,共13页
在地下水渗流场、应力场、损伤场的耦合作用下更易造成隧道围岩坍塌或涌水等灾害。首先,将围岩材料视作各向同性连续介质,基于Drucker-Prager准则建立岩石弹塑性损伤本构模型,采用完全隐式返回映射算法实现弹塑性损伤本构方程的数值求... 在地下水渗流场、应力场、损伤场的耦合作用下更易造成隧道围岩坍塌或涌水等灾害。首先,将围岩材料视作各向同性连续介质,基于Drucker-Prager准则建立岩石弹塑性损伤本构模型,采用完全隐式返回映射算法实现弹塑性损伤本构方程的数值求解。其次,以上述研究为基础根据岩石处于弹塑性状态时渗透系数动态演化公式,建立岩石弹塑性应力-渗流-损伤耦合模型,并给出三场耦合情况下的数值求解迭代方法。针对耦合模型中涉及参数较多且不易测定的问题,基于差异进化算法原理建立智能反分析方法,对耦合模型中的损伤参数进行反演。最后,利用C++语言编制相应的岩石弹塑性应力-渗流-损伤耦合程序和参数反演程序,利用所编程序进行以下计算:(1)对智能反分析程序的性能、正确性进行分析,对比不同差异策略、交叉因子、变异因子的反演精度和收敛速度。(2)分别采用弹性模型和弹塑性损伤模型进行隧道围岩位移场、应力场的计算。(3)不考虑力学作用的情况下进行孔隙水压力、渗流量的计算。(4)采用所建耦合模型计算得到隧道围岩应力场、渗流场以及损伤场的相互影响规律。研究结果表明,基于差异进化算法的智能反分析程序能够较好地解决耦合模型中损伤参数不易确定的难题,为实际工程中获得不易测定的计算参数提供了有效的方法,同时所建立的耦合模型通过应力、渗流和损伤的相互作用更能够真实地反映出岩石材料的宏观破坏现象,所编计算程序能够模拟地下水渗流场、应力场、损伤场之间的耦合特性,为受地下水影响严重的工程建设提供了方法,研究结论为后期对实际隧道工程进行耦合计算奠定基础。 展开更多
关键词 塑性损伤本构模型 渗透系数 塑性应力-渗流-损伤耦合模型 损伤参数反演
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岩石弹塑性应力-渗流-损伤耦合模型研究(Ⅱ):参数反演及数值模拟 被引量:12
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作者 王军祥 姜谙男 宋战平 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第12期3606-3614,共9页
海底隧道或近海富水区隧道围岩长期处于地下水环境中,围岩稳定性受渗流场的影响较为明显,由于渗流场作用使得应力场、损伤场发生变化,而围岩应力场、损伤场的变化又对渗流场产生反作用,三场耦合效应十分显著。针对耦合模型中参数多、确... 海底隧道或近海富水区隧道围岩长期处于地下水环境中,围岩稳定性受渗流场的影响较为明显,由于渗流场作用使得应力场、损伤场发生变化,而围岩应力场、损伤场的变化又对渗流场产生反作用,三场耦合效应十分显著。针对耦合模型中参数多、确定难度大的问题,进行耦合模型中损伤参数的反演。采用基于岩石弹塑性应力-渗流-损伤耦合模型所编制的计算程序和智能位移反分析程序,对大连地铁海事大学试验线路过河段隧道施工过程中的围岩稳定性进行数值计算。根据现场监测位移采用耦合模型进行损伤参数反演,其中耦合计算中采用应力场与渗流场分别迭代求解的间接耦合方法进行有限元计算,利用反演的参数对隧道围岩应力场、渗流场、损伤场分布规律及衬砌结构的受力特征进行了分析。研究结果表明:利用位移反分析法得到的围岩力学参数进行类似地质条件的隧道围岩数值分析是可行的,进而可以预测围岩的变形破坏模式,判断围岩的稳定性。与此同时,通过数值计算可知,地下水的渗流作用对近海隧道的围岩变形有一定的影响,增加了围岩的应力、位移,从围岩-支护结构共同作用原理考虑,进行隧道支护结构设计是应该考虑三场耦合效应的,计算结果可以指导隧道防排水施工质量的改进与提高,为近海富水区隧道开挖设计提供一定的理论参考。 展开更多
关键词 近海富水区隧道 围岩稳定性 塑性应力-渗流-损伤耦合模型 智能反分析 程序编制
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基于弹塑性损伤-渗流耦合模型的隧道洞口段围岩稳定性研究 被引量:3
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作者 万友生 《中国安全生产科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第8期117-123,共7页
为分析复杂条件下隧道洞口段稳定性问题,建立基于Mohr-Coulomb准则的岩石弹塑性损伤-渗流耦合模型,利用完全隐式的向后欧拉算法编制弹塑性损伤模型的应力积分程序。在此基础上,利用ABAQUS平台的子程序接口实现耦合模型的有限元计算。将... 为分析复杂条件下隧道洞口段稳定性问题,建立基于Mohr-Coulomb准则的岩石弹塑性损伤-渗流耦合模型,利用完全隐式的向后欧拉算法编制弹塑性损伤模型的应力积分程序。在此基础上,利用ABAQUS平台的子程序接口实现耦合模型的有限元计算。将该模型应用于福建某洞口段隧道工程的围岩稳定性评价中,分析不同降雨强度下洞口段结构的安全系数、位移及损伤值的变化规律。结果表明:隧道洞口段结构的安全系数、损伤区和位移均会随着降雨进程的发展发生变化,雨季应加强监测频率。 展开更多
关键词 洞口段 围岩稳定性 塑性损伤-渗流耦合模型 向后欧拉算法 降雨条件
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Practical elasto-plastic damage model for dynamic loading and nonlinear analysis of Koyna concrete dam 被引量:2
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作者 齐虎 李云贵 吕西林 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2013年第9期2586-2592,共7页
The elasto-plastic damage model for concrete under static loading,previously proposed,was extended to account for the concrete strain-rate through viscous regularization of the evolution of the damage variables.In ord... The elasto-plastic damage model for concrete under static loading,previously proposed,was extended to account for the concrete strain-rate through viscous regularization of the evolution of the damage variables.In order to describe the energy dissipation by the motion of the structure under dynamic loading,a damping model which only includes stiffness damp stress was proposed and incorporated into the proposed rate dependent model to consider the energy dissipation at the material scale.The proposed model was developed in ABAQUS via UMAT and was verified by the simulations of concrete specimens under both tension and compression uniaxial loading at different strain rates.The nonlinear analysis of Koyna concrete dam under earthquake motions indicates that adding stiffness damp into the constitutive model can significantly enhance the calculation efficiency of the dynamic implicit analysis for greatly improving the numerical stability of the model.Considering strain rate effect in the model can affect the displacement reflection of this structure for slightly enhancing the displacement of the top,and can improve the calculation efficiency for greatly reducing the cost time. 展开更多
关键词 stiffness damp strain-rate sensitivity CONCRETE constitutive model
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Visco-elastoplastic damage constitutive model for compressed asphalt mastic 被引量:1
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作者 曾国伟 杨新华 +1 位作者 白凡 高虎 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2014年第10期4007-4013,共7页
In order to describe the three-stage creep behavior of compressed asphalt mastic, a visco-elastoplastic damage constitutive model is proposed in this work. The model parameters are treated as quadratic polynomial func... In order to describe the three-stage creep behavior of compressed asphalt mastic, a visco-elastoplastic damage constitutive model is proposed in this work. The model parameters are treated as quadratic polynomial functions with respect to stress and temperature. A series of uniaxial compressive creep experiments are performed at various stress and temperature conditions in order to determine these parameter functions, and then the proposed model is validated by comparison between the predictions and experiments at the other loading conditions. It is shown that very small permanent deformation at low stress and temperature increases rapidly with elevated stress or temperature and the damage may initiate in the stationary stage but mainly develops in the accelerated stage. Compared with the visco-elastoplastic models without damage, the predictions from the proposed model is in better agreement with the experiments, and can better capture the rate-dependency in creep responses of asphalt mastic especially below its softening point of 47 ℃ 展开更多
关键词 asphalt mastic visco-elastoplastic damage model compressive creep
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Analytical solutions of stress and displacement in strain softening rock mass around a newly formed cavity 被引量:6
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作者 鲁燕儿 杨武 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2013年第5期1397-1404,共8页
The closed form solutions of the stress and displacement in strain softening rock mass around a newly formed cavity are derived with a three step-wise elasto-plastic model. Hoek-Brown criterion is adopted as the yield... The closed form solutions of the stress and displacement in strain softening rock mass around a newly formed cavity are derived with a three step-wise elasto-plastic model. Hoek-Brown criterion is adopted as the yielding criterion of rock mass. Damage factors are proposed to account for degradation of the material parameters to reflect the degree of strain softening. The surrounding rock mass around the cavity is divided into three regions: elastic region, strain softening region and residual state region. The analytical solutions of stress, strain, displacement and radius of each region are obtained. The effects of the strain softening and shear dilatancy behavior on the results are investigated with parametric studies. The results show that the radii of the residual state region and strain softening region in the surrounding rock mass with higher damage degree are larger. The radii of the residual state region and strain softening region are 1-2 times and 1.5-3 times of the cavity radius, respectively. The radial and tangential stresses decrease with the increase of the damage factor. The displacement of the cavity wall for the case with maximum plastic bulk strain is nearly twice than that with no dilation. Rock mass moves more toward the center for the case with larger damage factor and shear dilation. The area of the plastic region is larger when the damage factors are considered. The displacements in the surrounding rock mass increase with the increase of the damage factors and shear dilation factors. The solutions can be applied to the stability analysis and support design of the underground excavation. 展开更多
关键词 strain softening Hoek-Brown criterion step-wise elasto-plastic model damage factor shear dilation
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