一种初始各向异性砂土本构模型的数值应用及试验验证
发布时间：2021-02-09 20:46
基于砂土颗粒的毛细效应特性制备砂土试样,在0°～90°范围内选取若干沉积方向,在中围压条件下进行三轴固结排水剪切试验。试验表明:沉积方向对试样强度和变形特性有显著影响。通过对试验数据进行拟合得到沉积方向和偏应力的关系,结合试验结果对Mohr-Coulomb屈服准则进行修正,建立一种密砂初始各向异性本构模型;对本构模型进行数值积分,并对密砂固结排水剪切试验进行数值模拟,分析偏应力、体积变化以及主应力方向的变化。将数值分析结果与试验结果进行对比,结果表明:二者相吻合,本构模型能够合理地预测试验结果。所建立的本构模型可用于砂土初始各向异性的研究工作中。
【文章来源】：应用力学学报. 2020,37(05)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
变化-应变关系(relationofvolumechangeandstrain)图2密砂剪切试验结果分析Fig.2Resultsanalysisofdensesandsheartests(b)体积
、c、d、i、j、k、l、m、n、s、t均为张量坐标。为了反映沉积方向对试样强度的影响，对广义剪应力q进行考虑各向异性影响的调整，将式(7)与式(1)相乘。调整后的广义剪应力为2()32()e2CDijijqABss(16)基于有限元软件ABAQUS的二次开发端口UMAT，采用显式积分算法和自动分步法，对本构模型进行数值积分，详见文献[6]。图4有限元模型Fig.4Numericalmodeloftest4数值分析及验证4.1有限元模型采用缩减积分单元形式建立有限元模型，如图4所示。采用平面应变假定，模型宽度为70mm、高度为140mm。底面约束水平和竖向位移，侧面施加围压，顶面施加偏应力。前述本构模型通过ABAQUS用户子程序UMAT调用，具体流程详见文献[6]。模型参数如表1所示，沉积方向分别采用0°、30°、60°、75°、90°。4.2数值模拟与试验结果对比(=0°)数值模拟与试验结果如图5所示。由图5可知：①数值模型能够正确反映密砂的应变软化特征，计算得到的应力峰值比试验结果略大，残余强度相一致；②计算得到的剪缩量比试验结果略小，但是，两者的剪胀量比较接近；③数值计算与试验结果的差异主要集中在剪切变形的初期。数值模型采用的弹性模量是常数，而试验过程中试样的弹性模量是随着试样的变形而发生变化的，因此，后期的研究工作将侧重于解决弹性模量的处理。(a)应力-应变关系(relationofstressandstrain)(b)体积变化-应变关系(relationofvolumechangeandstrain)图5数值模拟与试验结果对比Fig.5Comparisonbetweennumericalsimulationandtestresults4.3其他沉积方向的试验结果分析
2108应用力学学报第37卷pp33sin23(12)其中：q为广义剪应力；J3为偏应力张量第三不变量；sij为偏应力张量。塑性硬化模量pK的表达形式为ppijfgK(13)其中p，如式(9)所示。弹性模量E和剪切模量G的关系为21312EG(14)其中为泊松比。本构模型的表达形式为pijababklcdcdijijklklmnmnststERElEKlER(15)其中：/ijijRg；/ijijlf；ijklE为弹性模量张量形式；下标a、b、c、d、i、j、k、l、m、n、s、t均为张量坐标。为了反映沉积方向对试样强度的影响，对广义剪应力q进行考虑各向异性影响的调整，将式(7)与式(1)相乘。调整后的广义剪应力为2()32()e2CDijijqABss(16)基于有限元软件ABAQUS的二次开发端口UMAT，采用显式积分算法和自动分步法，对本构模型进行数值积分，详见文献[6]。图4有限元模型Fig.4Numericalmodeloftest4数值分析及验证4.1有限元模型采用缩减积分单元形式建立有限元模型，如图4所示。采用平面应变假定，模型宽度为70mm、高度为140mm。底面约束水平和竖向位移，侧面施加围压，顶面施加偏应力。前述本构模型通过ABAQUS用户子程序UMAT调用，具体流程详见文献[6]。模型参数如表1所示，沉积方向分别采用0°、30°、60°、75°、90°。4.2数值模拟与试验结果对比(=0°)数值模拟与试验结果如图5所示。由图5可知：①数值模型能够正确反映密
【参考文献】：
期刊论文
[1]横观各向同性砂土的破坏准则[J]. 杨雪强,张丽娟,燕全会,张新涛. 应用力学学报. 2013(03)
[2]砂土的各向异性强度准则:原生各向异性[J]. 刘洋. 岩土工程学报. 2013(08)
[3]各向异性砂土渐近状态试验研究[J]. 宋飞,张建民. 岩土工程学报. 2010(04)
[4]一个考虑土的各向异性的孔压公式及其应用[J]. 高彦斌,徐超,汤竞. 岩土力学. 2005(09)
[5]岩土材料固有各向异性的模拟[J]. 余天堂. 岩石力学与工程学报. 2004(10)
[6]初始应力各向异性土的弹塑性模型[J]. 孙德安,姚仰平,殷宗泽. 岩土力学. 2000(03)
博士论文
[1]非共轴本构模型的数值应用及离心机试验研究[D]. 罗强.大连理工大学 2013
本文编号：3026211
【文章来源】：应用力学学报. 2020,37(05)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
变化-应变关系(relationofvolumechangeandstrain)图2密砂剪切试验结果分析Fig.2Resultsanalysisofdensesandsheartests(b)体积
、c、d、i、j、k、l、m、n、s、t均为张量坐标。为了反映沉积方向对试样强度的影响，对广义剪应力q进行考虑各向异性影响的调整，将式(7)与式(1)相乘。调整后的广义剪应力为2()32()e2CDijijqABss(16)基于有限元软件ABAQUS的二次开发端口UMAT，采用显式积分算法和自动分步法，对本构模型进行数值积分，详见文献[6]。图4有限元模型Fig.4Numericalmodeloftest4数值分析及验证4.1有限元模型采用缩减积分单元形式建立有限元模型，如图4所示。采用平面应变假定，模型宽度为70mm、高度为140mm。底面约束水平和竖向位移，侧面施加围压，顶面施加偏应力。前述本构模型通过ABAQUS用户子程序UMAT调用，具体流程详见文献[6]。模型参数如表1所示，沉积方向分别采用0°、30°、60°、75°、90°。4.2数值模拟与试验结果对比(=0°)数值模拟与试验结果如图5所示。由图5可知：①数值模型能够正确反映密砂的应变软化特征，计算得到的应力峰值比试验结果略大，残余强度相一致；②计算得到的剪缩量比试验结果略小，但是，两者的剪胀量比较接近；③数值计算与试验结果的差异主要集中在剪切变形的初期。数值模型采用的弹性模量是常数，而试验过程中试样的弹性模量是随着试样的变形而发生变化的，因此，后期的研究工作将侧重于解决弹性模量的处理。(a)应力-应变关系(relationofstressandstrain)(b)体积变化-应变关系(relationofvolumechangeandstrain)图5数值模拟与试验结果对比Fig.5Comparisonbetweennumericalsimulationandtestresults4.3其他沉积方向的试验结果分析
2108应用力学学报第37卷pp33sin23(12)其中：q为广义剪应力；J3为偏应力张量第三不变量；sij为偏应力张量。塑性硬化模量pK的表达形式为ppijfgK(13)其中p，如式(9)所示。弹性模量E和剪切模量G的关系为21312EG(14)其中为泊松比。本构模型的表达形式为pijababklcdcdijijklklmnmnststERElEKlER(15)其中：/ijijRg；/ijijlf；ijklE为弹性模量张量形式；下标a、b、c、d、i、j、k、l、m、n、s、t均为张量坐标。为了反映沉积方向对试样强度的影响，对广义剪应力q进行考虑各向异性影响的调整，将式(7)与式(1)相乘。调整后的广义剪应力为2()32()e2CDijijqABss(16)基于有限元软件ABAQUS的二次开发端口UMAT，采用显式积分算法和自动分步法，对本构模型进行数值积分，详见文献[6]。图4有限元模型Fig.4Numericalmodeloftest4数值分析及验证4.1有限元模型采用缩减积分单元形式建立有限元模型，如图4所示。采用平面应变假定，模型宽度为70mm、高度为140mm。底面约束水平和竖向位移，侧面施加围压，顶面施加偏应力。前述本构模型通过ABAQUS用户子程序UMAT调用，具体流程详见文献[6]。模型参数如表1所示，沉积方向分别采用0°、30°、60°、75°、90°。4.2数值模拟与试验结果对比(=0°)数值模拟与试验结果如图5所示。由图5可知：①数值模型能够正确反映密
【参考文献】：
期刊论文
[1]横观各向同性砂土的破坏准则[J]. 杨雪强,张丽娟,燕全会,张新涛. 应用力学学报. 2013(03)
[2]砂土的各向异性强度准则:原生各向异性[J]. 刘洋. 岩土工程学报. 2013(08)
[3]各向异性砂土渐近状态试验研究[J]. 宋飞,张建民. 岩土工程学报. 2010(04)
[4]一个考虑土的各向异性的孔压公式及其应用[J]. 高彦斌,徐超,汤竞. 岩土力学. 2005(09)
[5]岩土材料固有各向异性的模拟[J]. 余天堂. 岩石力学与工程学报. 2004(10)
[6]初始应力各向异性土的弹塑性模型[J]. 孙德安,姚仰平,殷宗泽. 岩土力学. 2000(03)
博士论文
[1]非共轴本构模型的数值应用及离心机试验研究[D]. 罗强.大连理工大学 2013
本文编号：3026211
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