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- 非共轴特性对岩土材料应变局部化行为影响的数值研究
- 2023年
- 基于传统连续介质力学的弹塑性本构模型默认主应力和主塑性应变率是共轴的,无法对土体分岔作出准确预测,同时由于其不包含任何内部长度参数,亦无法对剪切带的发展演化作出正确描述。为此,建立了一个基于微极理论的非共轴弹塑性本构模型,并编写了ABAQUS用户单元子程序(user-defined element,UEL),通过简单剪切实验验证了程序的正确性。通过平面应变压缩实验研究了岩土材料非共轴特性对剪切带的萌生、宽度和演化的影响,并与基于经典连续体理论的结果进行比较。发现基于微极理论的非共轴弹塑性模型不仅能够准确预测剪切带的萌生,而且能够很好地描述非共轴特性对剪切带宽度的影响。
- 常江芳王伟牛庆合闻磊
- 关键词：非共轴剪切带数值模拟
- 定轴剪切条件下砂土强度与非共轴性试验研究
- 2023年
- 针对现有定轴剪切试验大多忽略中主应力系数b值变化这一问题,基于不同力系之间的映射关系,严格推导了空心圆柱扭剪仪4个外荷载的加载参数。采用重塑福建标准砂试样,分别在2组围压下开展主应力方向固定的剪切试验,研究主应力方向角α不同时,砂土变形、强度、非共轴性等力学特性的差异。结果表明:砂土的强度、应力应变关系等力学特性均具有显著的应力方向依赖性;随着应力方向从0°到90°变化,应力路径表现为2个变化阶段,峰值强度先减小后增大,在α为67.5°附近取极小值;对比大主应变增量方向与大主应力方向之间的关系,发现当偏应力比较小时,试样存在明显的非共轴现象,随着偏应力比的增大,应变增量方向逐渐趋近于应力方向。
- 刘超董彤孔亮
- 关键词：砂土
- 真三轴采动卸荷条件下砂岩扩容行为和非共轴性研究被引量：4
- 2023年
- 在实际地下工程开挖中,岩石处于采动应力状态,其采动应力路径用应力Lode角表示。基于多功能真三轴流固耦合试验系统,开展相同静水压力、不同应力Lode角的真三轴力学试验,研究不同应力Lode角对砂岩的扩容特性和非共轴性的影响。试验结果表明:应力Lode角的增加在一定程度上反映出卸荷作用对砂岩真三轴试验变形的影响。对比应力Lode角在-30°~0°和0~30°的主应力变化量可以发现:最大主应力变化量比较均匀,中间主应力变化量下降,最小主应力变化量上升。随着应力Lode角的增加,最大主应变压缩程度下降,中间主应变由膨胀转变为压缩,最小主应变膨胀程度增加,且最小主应力方向的膨胀量相对于最大主应力方向的压缩量增加。应力Lode角从-30°变化到30°,随着最大主应变的增加,体积应变呈现先减小后增加的趋势。引入应变偏应力柔量,随着应力Lode角的增加,广义剪切应力对最大主应力方向的压缩变形作用减弱,对最小主应力方向的膨胀变形作用先增强后趋于平稳;体积应变偏应力柔量整体呈现下降趋势。非共轴性表现为应力路径和应变路径不重合,不同应力Lode角下的应变路径均向低Lode角方向演化。引入偏转量,应力Lode角从-30°变化到30°,偏转量呈现先上升后下降的趋势。
- 李文璞王泽冯国瑞杜佳慧宋真龙刘超
- 关键词：真三轴
- 飞机弱刚性叠层自动制孔错孔分析
- 2022年
- 针对飞机弱刚性叠层自动制孔中的错孔现象,分析了自动化制孔中易出现错孔的弱刚性结构特征,将其简化为两端固支叠层梁结构,根据叠层梁的二维简化受力模型,计算了叠层在压紧力与切削力综合作用下的变形量与在交界面产生的错孔量,产生错孔的主要原因为下层材料在切削过程受力产生的弯曲变形。详细分析了各变量对错孔量的影响,随着下层材料的厚度减少、宽度变小以及抽钉间距减小,错孔量均会显著增加。对于实际产品加工,由于产品的结构特征确定,可通过减小抽钉间距、减小下层切削进给速度从而降低切削力来减小错孔量。通过工艺试验验证,实测错孔量与理论错孔量分布趋势一致,验证了弱刚性叠层错孔理论分析的正确性。
- 付建超谭明维杨建成张龙连志敏
- 主应力轴旋转条件下饱和粉质黏土应变特性及非共轴性的试验研究被引量：5
- 2020年
- 为了研究主应力轴旋转条件下饱和粉质黏土应变特性及非共轴性的差异,采用HCA静动态空心圆柱扭剪仪对饱和粉质黏土在主应力轴纯旋转路径上展开了试验。在平均主应力固定的情况下,分析了中主应力系数和偏应力对试样应力应变变化特征以及应力应变的非共轴特性的影响。试验结果表明:随着偏应力的增大,各向应变速率迅速上升,累积塑性应变值也不断增大,饱和粉质黏土土样的轴向、环向、剪切应变也具有明显的周期性;由于非共轴角的存在,变形具有一定的滞后性,径向应变周期性不是很明显,但是随着偏应力的增大,径向应变由拉伸特性逐渐过渡到压碎特性;不同中主应力系数下试样的轴向、环向剪切应变对对减小,但是中主应力系数的变化,会使得平行于径向应变方向的第2主应力值变化幅度较大,使得径向变形变化值较大;非共轴角随主应力轴旋转角的增长呈现出随机波动点变化的趋势,在主应力轴旋转角变化的初期阶段,非共轴角由0°逐渐增大,主应力轴旋转角在0°~90°的范围内,非共轴角相邻点的变化波动较小,增加趋势接近线性变化;当主应力轴旋转角增大到90°后,各个相邻的非共轴角的散点波动性增强,即随着偏应力的增大,相同主应力轴旋转角对应的非共轴角逐渐缩小。
- 张树光陈雷刘文博刘文博孙博一
- 关键词：道路工程主应力轴旋转偏应力中主应力系数
- 从各向异性的角度解释和模拟土的非共轴特性被引量：5
- 2018年
- 从发挥面的角度出发,分析论证各向异性是引起岩土材料出现非共轴现象的根本原因,得到与材料力学一致的结论。当共轭的两发挥面与沉积面的夹角不相等时,主应力面上将出现塑性应变增量的切向分量,所以塑性应变增量的主方向与应力的主方向非共轴。按照这一结论,对非共轴的数值模拟,也应当根据各向异性本构模型进行。为考虑各向异性影响新近提出的各向异性变换应力法,改变了各应力分量的相对大小,得到的各向异性变换应力张量与真实应力张量的主方向不一致,因此也能反映非共轴。利用各向异性变换应力法,能够在现有的弹塑性本构模型的框架下,描述土的非共轴现象。以各向异性UH模型为例,预测各种加载条件下的非共轴变形,验证了该方法的有效性。
- 田雨姚仰平罗汀
- 关键词：非共轴各向异性变换应力本构模型
- 土体非共轴各向异性对城市浅埋土质隧道诱发地表沉降的影响被引量：9
- 2018年
- 当前用于隧道工程数值模拟的本构模型,大多局限于土体各向同性框架下的共轴假设,难以充分反映隧道周围土体力学响应的复杂性。针对典型砂土和软黏土,建立考虑初始强度各向异性和非共轴特性的二维平面应变、理想弹塑性的土体本构模型,并编制用户材料子程序（UMAT）,嵌入非线性有限元软件ABAQUS中,对城市浅埋土质隧道开挖施工进行二维数值模拟分析。结果表明：开挖面附近土体应力主轴可能发生明显旋转;同等地层损失率下,考虑土体初始强度各向异性预测的地表归一化沉降槽的形状与离心机试验结果更加吻合;同一程度荷载衰减下,考虑非共轴各向异性影响后沿中轴线的最大地表竖向位移明显偏大。因此可以认为,如忽略土体的非共轴和各向异性特性,可能会导致相关的设计方案偏于不安全。
- 袁冉杨文波余海岁周波
- 关键词：离心机试验
- 主应力轴变化下非共轴对砂土剪胀特性影响被引量：6
- 2017年
- 传统塑性剪胀模型在描述应力比和塑性应变增量关系时都是基于共轴塑性流动法则,从而认为土体的剪胀性仅与应力比有关。大量试验结果表明,在涉及主应力轴变化的复杂应力条件下塑性流动过程中应力-应变是非共轴的,因而在分析砂土剪胀特性时非共轴是不可忽视的因素。为了研究主应力轴变化的复杂应力条件下非共轴对砂土剪胀特性的影响,利用空心圆柱仪对饱和砂土进行了一系列定轴剪切试验、纯主应力轴旋转试验以及组合加载试验。试验结果表明,不同应力路径下应力-应变非共轴都会引起剪胀曲线偏离Rowe直线,通过Gutiereez提出的考虑非共轴因子的修正剪胀方程可以修正非共轴引起的偏差,从而使得Rowe剪胀方程适用于涉及主应力轴旋转等更加复杂的加载条件。
- 熊焕郭林蔡袁强
- 关键词：剪胀性非共轴应力比
- 列车荷载引起心形应力路径下软土非共轴应变特征研究被引量：8
- 2017年
- 采用空心圆柱仪对重塑空心软黏土试样开展了一系列非破坏试验,研究了列车循环动荷载作用下的性状。试验中主要选取心形应力路径,以圆形应力路径为辅助,对比分析了两种应力路径下软土的非共轴应变特征,探究循环振次对非共轴特性的影响、荷载频率的大小对非共轴角与大主应力方向角关系曲线形态变化的影响,同时进行了机制分析,并与另一动应力水平下试验结果进行了对比论证。此外,在不考虑频率影响下建立了简化的非共轴角与大主应力方向角之间的关系模型。研究发现,在大主应力方向角旋转的任意周期内,心形与圆形两种应力路径下非共轴角随大主应力方向角变化趋势各自有明显特点,相同动应力水平下两种应力路径产生的偏应力增量引起的单位偏应变增量大小也有所区别,但在大主应力方向角旋转的局部角度内,两种应力路径下的偏应变增量相近;心形应力路径下的非共轴角以及偏应力增量引发的单位偏应变增量大小受循环振次的影响不明显,任意振次中大主应力方向角在[-30°,40°]弧度区间内对应的偏应变增量远大于该区间之外的偏应变增量;随着频率增大,非共轴角随大主应力方向角的变化呈现越来越明显的波动。
- 沈扬徐海东王保光刘汉龙
- 关键词：列车荷载非共轴
- 堆石体在真三轴应力状态下的非共轴性与剪胀特性被引量：7
- 2016年
- 基于连续-离散耦合分析方法,发展随机颗粒不连续变形分析方法。采用不规则多面体模拟实际堆石颗粒,制备初始各向同性的堆石料数值试样,进行等平均静水压力p、等中主应力系数b应力路径的真三轴数值试验。分析堆石料在真三轴应力状态下的剪胀特性,以及应变增量与应力增量的非共轴性。研究结果表明:刚开始加载时,应变增量与应力增量共轴,随着加载的进行,应变增量的方向发生偏转,偏转量与中主应力系数b有关,在三轴压缩应力路径(b=0)和三轴拉伸应力路径(b=1)时,几乎不发生偏转;对比Rowe,Roscoe,改进的Roscoe以及Lagioia剪胀模型,改进的Roscoe剪胀模型预测的剪胀曲线与数值试验结果较吻合,在改进的Roscoe剪胀模型上引入1个角隅函数,以反映中主应力对剪胀特性的影响。
- 马刚刘嘉英常晓林周伟
- 关键词：堆石料剪胀特性
