基于ANSYS-UPFs的土体常用本构模型二次开发及其在土石坝计算中的应用

发布时间：2020-08-10 07:48

【摘要】：材料本构模型是用来描述材料力学行为的数学关系式,具体为关于应力-应变-时间-强度的函数。作为天然矿物材料,土在构造及组成上呈现较复杂的的非连续性、非均质性和随机性,对其本构关系有较大影响的因素众多。对于岩土工程数值计算和分析,一方面要寻求一个物理形式简单、参数易于获取的土体本构模型,另一方面也要借助一个具有优秀的前后处理功能、高效的求解算法及强大的可开发性的软件平台。通过总结学者们多年的研究成果和实践经验,本文确立了以常用的邓肯张模型和等效线性模型作为理论基础和以ANSYS软件作为平台支撑的整体框架,并围绕此框架开展了如下的工作:(1)基于邓肯张模型的基本形式和相关物理参数的求取方法作了相应改进,使其能够考虑土体抗拉强度的影响以适应土体非三向受压的工况,及反映更接近真实的土体卸载-再加载曲线特征以适应应力路径较为复杂的工况。然后结合弹性增量本构关系和改进后的邓肯张模型的特点,设计了用户子程序的编制思路,并对编制过程中的重要细节进行了说明。(2)基于常规三轴压缩试验的特点建立了相应的有限元模型和分析框架,设计了多种验证工况,并通过模拟土体试样的加载-卸载-再加载过程及反映围压变化带来的影响,以验证二次开发的邓肯张模型的可靠性。另外,也设计了一个按照Mohr-Coulomb强度准则计算的工况做进一步的比较,对两者在计算结果上差异作了详细的分析和说明。(3)基于土的动应力-应变关系的基本特点及土的黏弹性线性动力模型的相关理论,对岩土工程动力计算中常用的等效线性黏弹性模型进行二次开发,并重点介绍了模型的一般形式、等效参数G和D的确定方法、增量本构关系的推导过程及用户子程序的编制思路和重要细节。(4)基于循环单剪试验的特点建立了相应的有限元模型和分析框架,分别设计了在简谐切向应力作用下和在简谐切向位移作用下的验证工况,以直观得反映在循环周期荷载作用下土体变形的非线性和滞后性,从而验证二次开发的等效线性模型的可靠性。(5)在二次开发的邓肯张模型和等效线性模型的验证基础上,将其应用于土石坝的静、动力计算中,包括施工过程仿真、蓄水状态分析和地震时程分析,以论证二次开发的邓肯张模型和等效线性模型子程序应用于实际的土石坝计算中的可行性。
【学位授予单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU43;TV641
【图文】：

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【参考文献】