基于主应力空间修正的Mohr-Coulomb准则塑性回映精确描述

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作者 陈正峰 巨广宏 +1 位作者 刘高 符文熹 《西安建筑科技大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期530-537,共8页

针对Mohr-Coulomb(M-C)准则未考虑岩土材料的弹脆性破坏和拉破坏,以及在三维应力空间中常常不收敛的问题.建立了带拉截断修正Mohr-Coulomb准则(修正的M-C准则),在主应力空间下,通过主应力塑性回映算法并结合屈服面的空间几何特征给出了... 针对Mohr-Coulomb(M-C)准则未考虑岩土材料的弹脆性破坏和拉破坏,以及在三维应力空间中常常不收敛的问题.建立了带拉截断修正Mohr-Coulomb准则(修正的M-C准则),在主应力空间下,通过主应力塑性回映算法并结合屈服面的空间几何特征给出了应力返回空间位置以及返回规则.依托ANSYS软件平台开发了修正Mohr-Coulomb准则用户子程序,并以深埋圆形洞室作为算例验证了提出的方法,验证了该方法的准确性. 展开更多

关键词 修正Mohr-Coulomb准则 主应力空间塑性回映算法 ANSYS 数值模拟

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统一弹塑性本构模型在ABAQUS中的开发与应用 被引量：14

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作者 潘晓明 孔娟 +1 位作者 杨钊 刘成 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第4期1092-1098,共7页

基于统一弹塑性本构模型的有限元理论格式,根据ABAQUS的UMAT格式要求,编制相应的接口程序,将统一弹塑性本构模型引入ABAQUS中。采用退化的统一强度模型(b=0时,为Mohr-Coulomb模型)与ABAQUS自带的Mohr-Coulomb模型,对单轴试验和圆形硐室... 基于统一弹塑性本构模型的有限元理论格式,根据ABAQUS的UMAT格式要求,编制相应的接口程序,将统一弹塑性本构模型引入ABAQUS中。采用退化的统一强度模型(b=0时,为Mohr-Coulomb模型)与ABAQUS自带的Mohr-Coulomb模型,对单轴试验和圆形硐室进行弹塑性分析,验证所开发材料子程序的正确性及高效性。考虑到统一强度模型的一般情况(b≠0)和屈服面硬化条件,对圆形硐室进行弹塑性计算,得到应力场的变化规律。所提出的研究思路具有普遍性,为采用ABAQUS平台进行本构模型的二次开发提供了借鉴和参考。 展开更多

关键词 统一强度理论 屈服面 流动矢量 奇异点 应力拉回算法 ABAQUS

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基于非局部Mohr-Coulomb模型的土体渐进破坏分析 被引量：8

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作者 曲勰 黄茂松 吕玺琳 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第3期523-530,共8页

软化塑性模型的常规有限元数值分析结果严重依赖网格尺寸,而非局部塑性模型是解决这一问题的有效方法。但现有非局部模型仅能用于von Mises准则,无法用来进行一般软化土体渐进破坏分析。提出了一种改进的针对非局部模型的全隐式应力回... 软化塑性模型的常规有限元数值分析结果严重依赖网格尺寸,而非局部塑性模型是解决这一问题的有效方法。但现有非局部模型仅能用于von Mises准则,无法用来进行一般软化土体渐进破坏分析。提出了一种改进的针对非局部模型的全隐式应力回代迭代计算方法,该方法具有在迭代计算过程中逐步确定弹塑性点的特点,克服了现有算法误差较大及不稳定的缺点。将非局部理论推广到Mohr-Coulomb塑性模型中,使其能用来分析土体稳定性问题。采用局部和非局部模型对两个土体稳定问题,包括条形基础承载力问题和三角形荷载下边坡稳定问题进行渐进破坏分析,数值计算结果表明该方法可以消除软化塑性有限元计算的网格敏感性,起到了正则化的效果。 展开更多

关键词 非局部Mohr-Coulomb模型 有限元 塑性软化 网格敏感性 应力回代算法

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Hoek-Brown准则的主应力回映算法及其二次开发 被引量：7

4

作者 陈培帅 陈卫忠 +1 位作者 贾善坡 杨建平 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第7期2211-2218,共8页

在弹塑性模型数值实现的过程中,需要进行应力更新的回映算法。针对三维应力空间回映算法在奇异点收敛性方面的不足,提出主应力空间的回映算法,讨论了算法实现过程的应力空间转化问题,分析了应力更新过程中确定回映区域的方法,建立了相... 在弹塑性模型数值实现的过程中,需要进行应力更新的回映算法。针对三维应力空间回映算法在奇异点收敛性方面的不足,提出主应力空间的回映算法,讨论了算法实现过程的应力空间转化问题,分析了应力更新过程中确定回映区域的方法,建立了相应的一致性刚度矩阵。基于大型有限元软件ABAQUS提供的用户材料子程序UMAT接口,利用Fortran编程语言,实现了Hoek-Brown准则主应力空间的隐式积分算法,利用开发的模型,进行了岩石常规三轴压缩试验的数值模拟,通过与ABAQUS内部的Mohr-Coulomb准则计算结果的对比,验证了模型和程序的可行性和准确性。 展开更多

关键词 霍克-布朗本构模型 ABAQUS~用户材料子程序 主应力空间回映算法

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岩石摩尔-库仑弹塑性损伤本构模型及其主应力隐式返回映射算法研究 被引量：7

5

作者 刘扬 杨刚 +1 位作者 王军祥 姜谙男 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第S1期418-428,共11页

在弹塑性损伤理论框架内考虑岩石的塑性变形机制和刚度退化,建立基于Mohr-Coulomb(M-C)屈服准则的弹塑性损伤模型,采用内变量即等效塑性应变表征岩石损伤变量的演化。由于M-C屈服准则在应力空间为一个六棱锥,在数值实施过程中六棱锥角... 在弹塑性损伤理论框架内考虑岩石的塑性变形机制和刚度退化,建立基于Mohr-Coulomb(M-C)屈服准则的弹塑性损伤模型,采用内变量即等效塑性应变表征岩石损伤变量的演化。由于M-C屈服准则在应力空间为一个六棱锥,在数值实施过程中六棱锥角点和棱线上的应力更新存在"奇异性"问题,角点光滑化方法可以处理该问题,但其不可避免的导致近似的计算结果。在M-C本构数值积分算法的基础上,推导弹塑性损伤本构方程的主应力空间隐式返回映射算法,包括弹性预测、塑性修正和损伤修正3个主要计算步骤。在塑性修正过程中,针对流动向量返回到主平面、左右棱线和尖点3种情况分别进行讨论,从主应力空间的角度出发解决"奇异性"问题。采用面向对象的编程方法,使用C++语言开发弹塑性损伤本构求解程序(RDM-C),并采用单轴压缩试验、地基和洞室算例对程序计算的结果进行分析和验证。研究结果表明,所建立的弹塑性损伤本构模型能够较好地描述岩石材料主要的力学和变形特性、塑性区和损伤区变化趋势。基于主应力空间的隐式积分算法所开发的程序可以进行岩土工程问题的数值分析,对现场施工提供指导和理论依据。 展开更多

关键词 岩石材料 隐式返回映射算法 主应力空间 MOHR-COULOMB屈服准则 弹塑性损伤本构模型

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关于返回映射算法中应力的四阶张量值函数 被引量：6

6

作者 陈明祥 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2010年第2期228-237,共10页

针对各向同性材料,基于一组相互正交的基张量,建立了一套有效的相关运算方法.基张量中的两个分别是归一化的二阶单位张量和偏应力张量,另一个则使用应力的各向同性二阶张量值函数经过归一化构造所得,三者共主轴.根据张量函数表示定理,... 针对各向同性材料,基于一组相互正交的基张量,建立了一套有效的相关运算方法.基张量中的两个分别是归一化的二阶单位张量和偏应力张量,另一个则使用应力的各向同性二阶张量值函数经过归一化构造所得,三者共主轴.根据张量函数表示定理,本构方程和返回映射算法中所涉及到的应力的二阶、四阶张量值函数及其逆都由这组基所表示.推演结果表明:这些张量之间的运算,表现为对应系数矩阵之间的简单关系.其中,四阶张量求逆归结为对应的3×3系数矩阵求逆,它对二阶张量的变换则表现为该矩阵对3×1列阵的变换.最后,对这些变换关系应用于返回映射算法的迭代格式进行了相关讨论. 展开更多

关键词 本构方程积分 应力更新 返回映射算法 各向同性 张量函数表示定理

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RV减速器摆线轮齿廓多目标修形的优化与研究 被引量：5

7

作者 乔雪涛 张洪伟 +4 位作者 李优华 盛坤 周世涛 曹康 徐航 《机电工程》 CAS 北大核心 2023年第12期1846-1856,共11页

在RV减速器的修形过程中,存在难以保证RV减速器承载能力和传动精度能够综合提升的问题,且以往关于修形的研究大多数都是单目标修形,为此,提出了一种以RV减速器承载能力和回差为目标的优化方法,并使用RV减速器综合性能检测台对修形后的R... 在RV减速器的修形过程中,存在难以保证RV减速器承载能力和传动精度能够综合提升的问题,且以往关于修形的研究大多数都是单目标修形,为此,提出了一种以RV减速器承载能力和回差为目标的优化方法,并使用RV减速器综合性能检测台对修形后的RV减速器进行了回差动态实验。首先,考虑了摆线轮修形后的齿廓方程以及修形所需要RV减速器的具体参数,并对标准摆线轮产生的接触力进行了分析;然后,确定了摆线轮和针齿最大接触力的位置,得出了摆线轮齿作用力的计算方法;比较了摆线轮与针齿之间的初始啮合间隙以及摆线轮与针轮变形量的大小,对同时啮合的齿数进行了判断,采用MATLAB迭代计算的办法,计算了准确的最大接触力,并使用赫兹公式算出了最大接触力;最后,分析了不同的修形方式对回差的影响,并建立了多目标优化模型,采用改进后的NSGA-Ⅱ算法gamultiobj遗传算法进行了寻优,求解得到了最小适应度下的较优修形量;为验证该修形方法的准确性,使用RV减速器综合性能检测台对修形后的RV减速器进行了回差动态实验。研究结果表明:经过优化后摆线轮齿间最大接触应力相较于等距修形和移距修形分别降低了11%和13%,优化后的回差为0.013′,回差相较于等距修形和移距修形均得到了提高;以承载能力和回差为优化目标的多目标修形能够较好地解决RV减速器综合性能提升的问题。 展开更多

关键词 旋转矢量(RV)减速器 摆线轮 修形 多目标优化 gamultiobj遗传算法 承载能力 回差 接触应力

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基于Hoek-Brown准则的岩体高温-荷载耦合损伤模型及其验证

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作者 姜谙男 黄炫茜 +1 位作者 许梦飞 蒋浩鹏 《沈阳工业大学学报》 CAS 北大核心 2024年第4期442-448,共7页

针对隧道岩体在高温和荷载共同作用下产生的耦合损伤问题,基于连续损伤力学理论,引入高温-荷载耦合损伤因子,建立了考虑高温作用的广义Hoek-Brown(H-B)准则的弹塑性损伤本构模型,解决了模型在数值积分过程中的奇异点问题,并利用Fortran... 针对隧道岩体在高温和荷载共同作用下产生的耦合损伤问题,基于连续损伤力学理论,引入高温-荷载耦合损伤因子,建立了考虑高温作用的广义Hoek-Brown(H-B)准则的弹塑性损伤本构模型,解决了模型在数值积分过程中的奇异点问题,并利用Fortran语言编写了模型的有限元程序。结果表明:模型计算的应力-应变曲线与试验所得到的曲线趋势一致且计算结果误差在5%以内,温度作用下隧洞围岩损伤逐渐加剧,验证了模型的准确性和程序的稳健性,可为火灾作用下隧道围岩安全稳定性评价提供一种有效计算方法。 展开更多

关键词 广义Hoek-Brown准则 耦合损伤模型 完全隐式应力返回映射算法 弹塑性模型 高温-荷载耦合 单轴压缩试验 应力-应变曲线 隧洞

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岩石弹塑性损伤本构模型建立及在隧道工程中的应用 被引量：26

9

作者 王军祥 姜谙男 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第4期1147-1158,共12页

在实际隧道施工过程中,隧道开挖引起地下岩体应力重分布使得围岩的微裂纹扩展损伤,并伴随有塑性流动变形。在地下水环境中对于孔隙和微裂隙围岩介质受到应力作用时,在内部将产生高孔隙水压力影响岩石的力学性质,也改变了围岩的破坏模式... 在实际隧道施工过程中,隧道开挖引起地下岩体应力重分布使得围岩的微裂纹扩展损伤,并伴随有塑性流动变形。在地下水环境中对于孔隙和微裂隙围岩介质受到应力作用时,在内部将产生高孔隙水压力影响岩石的力学性质,也改变了围岩的破坏模式。为了研究损伤引起的刚度退化和塑性导致的流动两种破坏机制的耦合作用,从弹塑性力学和损伤理论的角度出发,同时引入修正有效应力原理来考虑孔隙水压力的作用,建立基于Drucker-Prager屈服准则的弹塑性损伤本构模型;针对该本构模型推导了孔隙水压力作用下弹塑性损伤本构模型的数值积分算法-隐式返回映射算法,分别对预测应力返回到屈服面的光滑圆锥面或尖点奇异处两种可能的情况给出了详细的描述,隐式返回映射算法具有稳定性和准确性的特点;大多数弹塑性损伤模型中涉及参数多且不易确定的问题,采用反分析方法获得损伤参数,解决了损伤参数不易确定的难题;采用面向对象的编程方法,使用C++语言编制了弹塑性损伤本构求解程序,并对所建立的弹塑性损伤模型和所编程序进行了试验和数值两个方面的验证;最后将其在吉林抚松隧道工程中进行应用,模拟了塑性区和损伤区的发展变化。研究结果表明:所建立的弹塑性损伤本构模型能够较好地描述岩石的力学性能、塑性和损伤变化趋势,所编程序能够进行实际工程问题的模拟,对现场施工给予一定的指导。 展开更多

关键词 孔隙水压力 弹塑性损伤本构模型 修正有效应力原理 Drucker-Prager屈服准则 隐式返回映射算法 反分析方法

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一个反映土体复杂加卸荷路径的弹黏塑性模型

10

作者 钦亚洲 苏建伟 许建聪 《力学与实践》 CSCD 北大核心 2012年第3期23-28,共6页

基于Perzyna过应力理论,构造了一个土体各向异性弹黏塑性本构模型.模型引入Wheeler旋转硬化法则,能够较好的描述土体的初始各向异性和应力诱发各向异性.借助ABAQUS软件中UMAT子程序接口,模型采用隐式积分算法——图形返回算法实现.通过... 基于Perzyna过应力理论,构造了一个土体各向异性弹黏塑性本构模型.模型引入Wheeler旋转硬化法则,能够较好的描述土体的初始各向异性和应力诱发各向异性.借助ABAQUS软件中UMAT子程序接口,模型采用隐式积分算法——图形返回算法实现.通过对一组复杂加卸荷路径的三轴不排水剪切试验(HKMD)及一组分级加载三轴不排水蠕变试验(Sachville clay)的模拟,表明本模型能够合理反映土体的率效应、应力松弛、蠕变及土体各向异性现象,验证了模型的有效性. 展开更多

关键词 复杂加卸荷路径 土体各向异性 图形返回算法 ABAQUS软件 UMAT子程序

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基于Hoek-Brown准则的岩体弹塑性损伤模型及其应力回映算法研究 被引量：11

11

作者 许梦飞 姜谙男 +1 位作者 史洪涛 李兴盛 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2020年第1期195-206,共12页

为了克服一般弹塑性损伤模型不能反映岩体结构、岩块强度、应力状态的影响以及非线性破坏特征等问题,该文基于广义的 Hoek-Brown(HB)屈服准则,考虑损伤引起的刚度退化和塑性导致的流动两种破坏机制的耦合作用,同时引入修正有效应力原理... 为了克服一般弹塑性损伤模型不能反映岩体结构、岩块强度、应力状态的影响以及非线性破坏特征等问题,该文基于广义的 Hoek-Brown(HB)屈服准则,考虑损伤引起的刚度退化和塑性导致的流动两种破坏机制的耦合作用,同时引入修正有效应力原理来考虑孔隙水压力的作用,建立了岩体弹塑性损伤本构模型,给出了损伤变量定义及演化方程。针对该模型在数值求解过程中存在的奇异点问题,从主应力空间推导了弹塑性损伤模型的完全隐式返回映射求解算法,包括弹性预测、塑性修正和损伤修正三个步骤。通过 ABAQUS 软件的用户子程序接口 Umat,实现了弹塑性损伤模型的数值求解过程。采用单轴、三轴压缩试验和隧道算例对模型算法进行验证和分析,结果表明,所建立的 HB 损伤本构模型能够很好地描述岩体材料的力学特性,在实际岩体工程的损伤模拟中效果令人满意,计算结果对工程有指导意义。 展开更多

关键词 HOEK-BROWN准则 弹塑性损伤模型 孔隙水压力 返回映射算法 主应力空间 岩体工程

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基于Chaboche模型的30Cr1Mo1V钢粘塑性行为的数值仿真 被引量：1

12

作者 张淼 袁新勇 倪永中 《华电技术》 CAS 2012年第9期1-4,9,共5页

运用Chaboche模型描述了30Cr1Mo1V钢的循环塑性和粘塑性行为,通过试验得到30Cr1Mo1V钢在不同应力水平下的疲劳和应力松弛数据,根据试验数据逐步得到Chaboche模型中的参数。在ANSYS软件中链接Chaboche模型的用户子程序UserMat,模拟材料... 运用Chaboche模型描述了30Cr1Mo1V钢的循环塑性和粘塑性行为,通过试验得到30Cr1Mo1V钢在不同应力水平下的疲劳和应力松弛数据,根据试验数据逐步得到Chaboche模型中的参数。在ANSYS软件中链接Chaboche模型的用户子程序UserMat,模拟材料的疲劳和蠕变行为。结果表明,用户子程序能很好地反映材料的力学行为,为Chaboche模型用于疲劳蠕变交互作用的研究提供了理论基础。 展开更多

关键词 疲劳 蠕变 应力松弛 返回映射法 试验数据 Chaboche模型

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应力松驰对估算锡晶须生长的影响

13

作者 强磊 黄再兴 +1 位作者 萧业 高军 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2015年第5期935-939,共5页

为了描述锡晶须生长过程中的应力生成与应力松驰同时发生的特性,对弹塑性-蠕变本构模型采用返回映射算法,在Abaqus平台上,通过自编的UMAT子程序进行求解。有限元计算表明,与Abaqus自带的弹塑性模型相比,弹塑性-蠕变模型能够有效的反映... 为了描述锡晶须生长过程中的应力生成与应力松驰同时发生的特性,对弹塑性-蠕变本构模型采用返回映射算法,在Abaqus平台上,通过自编的UMAT子程序进行求解。有限元计算表明,与Abaqus自带的弹塑性模型相比,弹塑性-蠕变模型能够有效的反映材料的应力松驰行为。应用该程序,我们计算了无铅焊试样中应力的变化,根据应力的变化估算了锡晶须的生长率,并研究了晶粒尺寸对锡晶须生长率的影响。 展开更多

关键词 锡晶须 应力松驰 返回映射算法 弹塑性-蠕变本构模型

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非线性弹粘塑本构模型开发及应用 被引量：1

14

作者 潘晓明 《土木建筑与环境工程》 CSCD 北大核心 2012年第S2期71-76,共6页

讨论了岩体非线性流变的复杂力学行为,基于Peirc比例因子,提出一种非线性弹粘塑性本构模型,并推导了有限元应力返回算法及一致切线模量。根据ABAQUS的UMAT格式要求,编制了相应的接口程序,将该模型引入ABAQUS中。数值试验结果表明,所建... 讨论了岩体非线性流变的复杂力学行为,基于Peirc比例因子,提出一种非线性弹粘塑性本构模型,并推导了有限元应力返回算法及一致切线模量。根据ABAQUS的UMAT格式要求,编制了相应的接口程序,将该模型引入ABAQUS中。数值试验结果表明,所建立的非线性弹黏塑性流变模型可以统一描述不同应力状态下的蠕变过程,具有广泛的适用能力。采用该模型对岩石隧道进行弹粘塑蠕变数值计算,得到了隧道拱顶下沉及接触压力的随时间的变化规律。结果表明该模型是正确和可靠的,具有良好的应用前景。 展开更多

关键词 非线性弹粘塑性模型 应力返回算法 一致切线模量 蠕变特性 UMAT

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基于应力回映弹塑性有限元的路基性能数值模拟

15

作者 牛明智 张柏林 《山西建筑》 2013年第12期128-129,共2页

基于自主开发的弹塑性有限元程序对路基性能展开研究,选取某路段的路基土进行试验,并对此路段路基的整个施工过程进行模拟,通过程序模拟得到整个路基施工过程中路基沉降值,模拟结果对于该工程施工具有借鉴作用。

关键词 地基沉降值 弹塑性有限元 应力回映 地基承载力

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海缆铠装结构锚固性能有限元分析 被引量：1

16

作者 潘盼 蔡炳余 +2 位作者 谭爱林 耿敏敏 朱晓光 《计算机辅助工程》 2016年第6期20-26,共7页

基于有限元显式算法,通过预紧、加载载荷作用次序,研究海缆铠装层的锚固结构在工作载荷和破断力下的承载能力,并对影响锚固性能的参数进行敏感性分析.数值仿真结果显示:在破断力作用下,法兰内壁与钢丝接触位置产生明显压痕,钢丝断裂位... 基于有限元显式算法,通过预紧、加载载荷作用次序,研究海缆铠装层的锚固结构在工作载荷和破断力下的承载能力,并对影响锚固性能的参数进行敏感性分析.数值仿真结果显示:在破断力作用下,法兰内壁与钢丝接触位置产生明显压痕,钢丝断裂位置发生在钢丝在锚固出口位置.增加锥形锚固的内锥角可降低钢丝轴向拉伸量,减缓法兰的不利应力.同时.在较低摩擦因数下具有较大内锥角的接头盒依旧具有良好的机械性能.所设计的内锥形锚固维修接头盒能满足施工过程中的最大拉伸载荷要求. 展开更多

关键词 动态海缆 锚固性能 铠装钢丝 接头盒 屈服应力 回归周期 J管 显式算法

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