ABAQUS中剪胀角的选取探讨
1研究背景在水工结构和岩土工程中,混凝土、岩土等摩擦型材料的力学行为已被广泛研究。研究表明,此类材料在加载变形过程中经常表现出体积膨胀、应变软化等非线性特征。理解其破坏过程中的非线性行为对实验研究和工程设计具有重要的指导意义。因此,开发一个能够充分表达混凝土、岩土等材料非线性行为的本构模型是一项具有挑战性和指导性的工作。ABAQUS中混凝土损伤塑性模型可以较好地描述混凝土等准脆性材料的非弹性行为,引入非关联流动法则和各向同性弹性损伤理论以描述材料断裂过程中发生的不可逆损伤,通过剪胀角描述混凝土材料的剪胀效应[4],然而关于剪胀角的取值尚无定论,ABAQUS手册[1-2]中剪胀角默认采用36.31°,雷拓等[3]根据普通混凝土的摩擦角在φ=32°~37°之间,采用非关联流动法则,剪胀角应满足0≤ψ≤φ,建议取30°左右。剪胀角并非定值,尚无理论依据和经验可循,鉴于此,本论文依据以往的实验研究资料以及理论研究内容对剪胀角取值进行深入...&
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钢筋混凝土是一种成分复杂、性能多样的建筑材料,广泛应用于各个领域。目前采用实验和数值模拟的方法来研究混凝土结构的力学性能,随着计算机技术和有限元数值模拟方法的发展,有限元法等现代数值计算方法在工程分析中得到越来越广泛的应用。混凝土本构模型对钢筋混凝土结构分析结果有重要影响。在建立混凝土本构模型时,往往基于已有的一些理论框架,如弹塑性理论、粘弹性、弹粘塑性理论、损伤力学理论、断裂力学理论和内时理论等[1]。由于混凝土材料的复杂性,还没有哪一种理论被公认可以完全描述混凝土材料的本构关系。损伤理论既考虑混凝土材料在未受力时初始裂纹的存在,也可以反映损伤积累导致的裂纹扩展,从而导致的应变软化,较其他理论模型有一定的优势。大型有限元软件ABAQUS在钢筋混凝土分析方面有很强的能力,它提供的损伤塑性模型是众多混凝土材料本构模型的中的一种,其采用损伤因子这一标量参数来考虑材料的失效特性,近年来,许多学者采用损伤塑性模型在静力和动力方面对混凝土...&
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在水工结构和岩土工程中,混凝土、岩土等摩擦型材料的力学行为已被广泛研究。研究表明,此类材料在加载变形过程中经常表现出体积膨胀、应变软化等非线性特征。理解其破坏过程中的非线性行为对试验研究和工程设计具有重要的指导意义。因此,开发一个能够充分表达混凝土、岩土等材料非线性行为的本构模型是一项具有挑战性和指导性的工作。为了更好地描述岩土材料的强度特性,在M-C准则的基础上出现了D-P准则,且在大坝工程岩石地基中得到广泛应用。为了研究剪胀特性,文献[1]建议将D-P准则屈服函数中的摩擦角?用剪胀角ψ代替作为塑性势函数,当ψ≠?时即满足非关联流动法则,但是剪胀角的大小缺乏理论根据,不能保证此时的D-P准则与满足非关联流动法则的M-C准则所得结果一致。鉴于此本文推导了考虑剪胀角影响的D-P准则与M-C准则的参数匹配公式,并研究了剪胀角对坝体—地基体系在地震作用下的影响。1非关联流动法则下剪胀角的引入参考文献[1],引入参数应变比e来考虑剪胀角...&
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有限元法是分析土体应力变形最有效的通用工具,它可考虑复杂的边界条件及土的变形特性,还能模拟复杂的加荷过程,算出边坡内的应力场和位移场分布,从而了解边坡的渐近破坏机理,跟踪土坡内塑性区的扩展情况,因此,有限元法比较适合边坡稳定性分析.目前常用的计算软件有ANSYS,MARC,NASTRAN,PATRAN等.用有限单元法分析土坡稳定时对剪胀角的处理采用两种极端方法:一是将材料的屈服函数看作是材料的塑性势,即相关联的流动法则(ψ=φ),这时土体会发生严重的体积膨胀,其缺点是过大地考虑了材料的剪胀性;另一种是非关联的流动法则(ψ=0),即完全不考虑材料的剪胀性,此时材料不发生体积膨胀[1].这样分析土坡稳定不是保守就是偏于不安全,因此,这两种方法都不能确切地反映剪胀性对土体塑性应变、塑性区范围的影响.本文基于有限元软件ANSYS,以剪胀角变化时对一均质坡进行了应力变形规律的数值模拟,分析了一均质边坡的应力变形规律.1D-P材料及其剪胀性...&
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0前言岩土工作者很早就开始对土质边坡稳定性展开研究[1-5],然而土质边坡失稳时的滑动面并不像岩质边坡那样明确,其稳定性分析要经过大量的试验计算才能确定,这也就是边坡稳定性问题至今仍未圆满解决的原因。武熊等[6]提出了适用于岩质高边坡稳定性的评价和设计的MSARMA极限设计法并基于此法研制了“边坡工程稳定性MSARMA法评价分析系统”。周世良等[7]基于有限差分法理论分析了弹性模量、泊松比和剪胀角参数对边坡安全系数和边坡变形特征的影响。本文在前人的研究基础上基于强度折减有限元法对某高速公路的边坡进行了稳定性分析,主要探讨了边坡土体剪胀角对边坡稳定安全系数和最危险滑动面的影响。1强度折减法基本理论1.1强度折减法的原理对于均质土体,传统的极限平衡法、极限分析法和滑移线场法等理论方法假设边坡的滑动面出现的位置和形状,且并不能确定边坡的最危险滑动面和相应的稳定安全系数。数值计算分析法同样在确定边坡最危险滑动面及相应的稳当安全系数上受到...&
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岩土在剪切过程中会产生体积变形,正常固结的黏土和低密度的砂土一般会产生剪缩,而超固结土及密实度较高的砂土则产生剪胀[1]。由于对岩土剪胀性的认识还不充分,大多数岩土工程分析中选择了两种极端情况:关联流动法则(剪胀角ψ=φ)和非关联流动法则(剪胀角ψ=0)。关联流动法则意味着土体在剪切的过程中可以产生无限制的体积膨胀现象[2],非关联流动法则ψ=0则认为土体是不可膨胀的,由此获取极限荷载。关于剪胀角对岩土工程稳定性的影响问题,不少学者进行过探讨:康亚明[3]等通过剪胀角对边坡潜在滑动面影响的研究,得出的结论认为,随着剪胀角的减小,边坡的塑性区从坡顶向坡脚有贯通的趋势;蒋青青等[4]研究了坡顶超载情况下的边坡剪胀效应;吴春秋[5]提出边界荷载会使剪胀性更显著。至于工程实践中剪胀角的取值问题,赵星光[7]研究了岩石峰值内摩擦角和剪胀角的关系,认为岩石在零围压时的峰值剪胀角小于并近似等于峰值内摩擦角;张培文[7]提出剪胀角对地基极限承载...&
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砂土的剪胀是砂土在受剪过程中体积变化(增大或减小)的现象,是砂土颗粒几何形状间的相互约束(颗粒间相互滑移、骑越与转动)的宏观表现,是砂土颗粒间分布的三维空隙相互优化调整的结果,是人们在研究砂土的强度与变形逐步演化过程中所必须正面触及到的关键性基础核心课题.本文以能量守恒原理为主线,在各向同性前提下,对Taylor剪胀方程、Cam-clay剪胀方程、修正Cam-clay剪胀方程、Rowe剪胀方程和扩展的Rowe剪胀方程等进行了较全面的综述,同时也论证了剪胀方程和塑性势函数之间的相互转化关系,进而对基于岩土类材料试验结果而提炼出的Lade-Kim塑性势函数和Nova塑性势函数进行了评述.1剪胀定义及其表达方法如图1所示,三维主应力空间的塑性势曲面在平均主应力p'和偏应力q的二维坐标系中的投影为一外凸光滑曲线,该曲线上对应当前受力状态点的法向方向代表着材料的塑性变形方向,同时该法向方向也规定了塑性体积应变增量dεpp和塑性偏应变增量d...&
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