三维弹塑性模型在通用软件中的实现及在固结分析中应用

摘要

软土地基的固结变形问题是土力学研究的重要课题之一，随着近几十年来计算机技术的发展，特别是比奥固结理论与有限元法的结合，使得有限元数值分析方法成为研究软土地基固结的一种有效途径。同时，反映土体变形特性的本构关系是土力学理论研究的基本问题，也是现代土力学的基础。目前，由于反映三维应力状态下土体强度变形特性的本构关系在有限元分析中应用较少，实际在力学性质及几何形状上具有明显三维特性的结构，往往被简化为平面应变或轴对称问题进行分析，即便对土工结构进行了三维有限元分析，也往往是采用较简单的本构模型，不能够很好地反映土体的强度和变形特性。 本文以SMP修正剑桥模型及统一硬化参数模型为研究对象，以实现该模型在有限元软件中的应用为目的，依托非线性有限元软件ABAQUS提供的二次开发平台，通过对应力更新算法的分析，采用半隐式回映算法，推导了SMP修正剑桥模型及统一硬化参数本构模型的方程，分别给出了其对应的应力更新表达式；然后，按照ABAQUS软件提供的用户自定义材料子程序UMAT接口的要求，编写了相应的本构关系有限元子程序，通过对单元进行三轴压缩、三轴伸长及平面应变等问题的数值模拟测试，数值分析值和试验结果基本一致，从而验证了本构关系子程序的正确性，实现了本构关系在有限元软件中的应用；最后，借助ABAQUS有限元软件强大的计算功能，分别采用相应的本构模型材料子程序，对位于澳大利亚的试验段软土路堤固结进行了三维弹塑性有限元分析，讨论了路堤的孔压、沉降及水平位移的变化趋势。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1引言

1.2课题研究的目的和意义

1.3国内外研究概况

1.3.1国外研究概况

1.3.2国内研究概况

1.4论文的主要研究内容

第二章ABAQUS软件及本构积分算法

2.1引言

2.2 ABAQUS软件简介

2.2.1 ABAQUS软件概述

2.2.2 ABAQUS模块介绍

2.2.3 ABAQUS软件对非线性问题的求解

2.3用户子程序接口

2.3.1概述

2.3.2用户材料子程序UMAT

2.4本构积分算法

2.4.1显式积分算法

2.4.2完全隐式图形返回算法

2.4.3半隐式图形返回算法

2.5 小结

第三章 回映算法在SMP修正剑桥模型中的实现

3.1引言

3.2 SMP修正剑桥模型

3.2.1 SMP修正剑桥模型简介

3.2.2 SMP修正剑桥模型半隐式算法公式推导

3.2.3 UMAT子程序编程介绍

3.2.4 UMAT子程序的单元验证

3.3工程实例分析(一)

3.3.1工程概况简介

3.3.2分析模型

3.3.3计算结果分析

3.4 小结

第四章 回映算法在统一硬化参数模型中的实现

4.1引言

4.2统一硬化参数模型

4.2.1统一硬化参数模型简介

4.2.2统一硬化参数模型半隐式算法公式推导

4.2.3 UMAT子程序编程介绍

4.2.4 UMAT子程序的单元验证

4.3工程实例分析(二)

4.3.1工程概况简介

4.3.2分析模型

4.3.3计算结果分析

4.4 小结

第五章结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文

致谢