大变形Cosserat有限元数值方法的实现及其应用

发布时间：2020-04-03 20:59

【摘要】：在密实砂土和超固结粘土的三轴剪切与平面应变等试验中,常会发现在承载力达到一个峰值之后逐渐下降,即出现应变软化的现象。对于由此类土体组成的边坡和地基,其破坏是一个渐进的过程,而渐进破坏往往伴随着大变形问题。基于此,本文进行了以下几方面的工作:(1)通过算例验证了ABAQUS引入强度折减法分析边坡安全系数的有效性。利用ABAQUS提供的ALE分析方法,引入强度折减法,分析边坡的大变形破坏过程,并与其他大变形结果对比,证明这种方法的可行性。说明了泊松比折减必要性及折减方法。(2)在平面应变条件下,采用非关联流动法则时,DP5准则与Mohr-Coulomb准则相匹配,由此得到Cosserat连续体DP准则的材料参数。采用退化的Cosserat单元对地基承载力进行分析,与ABAQUS中采用DP5、Mohr-Coulomb屈服准则以及Nazem等的结果进行对比,发现完全吻合,证明了Cosserat单元子程序的正确性。(3)基于ABAQUS的二次开发功能,用FORTRAN语言编写插值子程序SDVINI,结合四边形八节点的Cosserat单元,将Cosserat理论成功引入RITSS大变形方法中(简称Cosserat-RITSS),并与Nazem等、Tian等大变形结果对比,证明了Cosserat-RITSS大变形方法的正确性。(4)从理论上说明了容重增加法和强度折减法在临界破坏以及陡边坡安全系数的求解具有一致性。基于Cosserat单元编写应用程序,实现容重增加法。采用退化的Cosserat单元,利用Cosserat-RITSS以及Cosserat-FEM得到边坡大、小变形有限元分析情况下的安全系数,并与ABAQUS中采用强度折减法得到的结果进行对比,发现基本一致。(5)采用Cosserat-RITSS以及Cosserat-FEM考虑应变软化分析了平面应变下边坡渐进破坏过程,对于大、小变形的分析,应变软化都会降低边坡的安全系数。本文开发的Cosserat-RITSS方法可以同时考虑应变软化和大变形问题,具有鲜明的特色。(6)采用Cosserat-RITSS对轴对称圆形基础贯入的渐进破坏过程进行大变形的数值模拟。数值结果表明,对于具有应变软化特性的地基土,仍采用理想弹塑性的本构关系进行分析得出的结果是不安全的。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU43

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 陈力华;靳晓光;;有限元强度折减法中边坡三种失效判据的适用性研究[J];土木工程学报;2012年09期

2 陈金锋;宋二祥;徐明;;强度折减有限元法在昆明新机场高填方边坡稳定分析中的应用[J];岩土力学;2011年S1期

3 董秀山;刘润涛;;判断点与简单多边形位置关系的新算法[J];计算机工程与应用;2009年02期

4 周艳国;陈胜宏;张雄;傅少君;;改进的等参逆变换算法在耦合场分析中的应用[J];岩土力学;2008年11期

5 刘军;王正中;牟声远;;有限元重力加大法计算边坡安全系数[J];路基工程;2008年05期

6 唐芬;郑颖人;赵尚毅;;土坡渐进破坏的双安全系数讨论[J];岩石力学与工程学报;2007年07期

7 邓楚键;何国杰;郑颖人;;基于M-C准则的D-P系列准则在岩土工程中的应用研究[J];岩土工程学报;2006年06期

8 张培文;陈祖煜;;弹性模量和泊松比对边坡稳定安全系数的影响[J];岩土力学;2006年02期

9 周翠英,刘祚秋,董立国,尚伟,林鲁生;边坡变形破坏过程的大变形有限元分析[J];岩土力学;2003年04期

10 张鲁渝,郑颖人,赵尚毅,时卫民;有限元强度折减系数法计算土坡稳定安全系数的精度研究[J];水利学报;2003年01期

，

本文编号：2613697