应变局部化

摘要： 对高温后混凝土预制裂缝梁进行了三点弯曲试验,运用灰关联法对比分析了数字图像相关(DIC)方法与应变片和激光引伸计测量的应变与位移,两者灰关联度较高,说明DIC方法可用于高温后混凝土变形测量。同时通过DIC方法测得混凝土表面全场位移和应变,探讨了不同温度作用下、不同加载时刻混凝土位移不均匀性和应变局部化现象,结果表明位移在加载初期较均匀,随着荷载增大,位移不均匀现象开始显现;应变局部化现象逐步发展,在加载前期低速发展,在峰值荷载下显著发生;而高温会导致这两种现象加快发展,且更加显著。高温加剧应变局部化,峰值荷载时刻应变集中于裂缝尖端,致使破坏荷载降低。

摘要： 为了降低直接偶应力有限元方法的复杂度,在Cosserat连续体框架下通过对C1连续性进行松弛来获得其近似解,建立基于罚函数的偶应力有限元方法(简称PcouFEM),并通过三个数值算例对PcouFEM的性能进行了研究。对于平面应变条件下的圆孔应力集中问题,研究发现当罚因子不小于经典连续体剪切模量的5倍时(即G_(c)≥5G),基于缩减积分PcouFEM计算获得的应力集中因子与解析解基本吻合;对于单轴压缩试验应变局部化分析,通过应用PcouFEM可以减弱甚至消除与常规FEM相关的网格依赖性问题,且从数值精度的角度建议取值为5G≤G_(c)≤10G;对于通过刚性条形基础承受偏心载荷的土质边坡,研究发现土坡剪切带模拟中的网格依赖问题同样可以通过应用PcouFEM得到较大缓解。

摘要： 为探究不同粒级粗骨料在大骨料混凝土损伤开裂应变局部化过程中的作用效应,在建立大骨料混凝土细观有限元模型的基础上,通过开展不同细观结构下的损伤开裂模拟,分析了大骨料混凝土应变局部化区域的演化过程和分布特征;通过在原细观结构中单独改变某一粒级粗骨料分布,分别探究了不同粒级粗骨料在应变局部化中的作用效应。研究表明:应变局部化主要发生在大粒径粗骨料与砂浆间的界面过渡区处,特大石粒级粗骨料在很大程度上控制着应变局部化区域的主要分布特征,大石和中石粒级粗骨料均可直接或间接在应变局部化区域形成过程中发挥明显作用,而小石粒级粗骨料在应变局部化中的作用效应微弱。研究成果可为在大骨料混凝土细观损伤断裂分析中通过简化细观结构来降低模拟难度和减小计算规模提供参考。

摘要： 基于经典连续体理论的岩土体稳定性分析可能会显著低估岩土体的安全性。为了更好地评价岩土体稳定性,采用微极连续体,以便其内部特征长度(lc)能够模拟剪切带宽度。以两个边坡为例,基于二阶锥规划的微极连续体有限元法,研究内部特征长度在模拟岩土材料剪切带宽度中的作用。结果表明,随着lc的增加,对由经典连续体计算的FOS的低估更加明显。当应用微极连续体时,只要采用足够细的网格,剪切带受lc主导基本保持不变,所呈现的滑裂面与经典连续体不同,表明微极连续体能够捕捉非局部岩土破坏特征。由于lc和应变软化的耦合作用,岩土材料的软化行为有所滞后。此外,如果在数值分析中不模拟或不考虑lc的影响,岩土体系的承载力可能会被严重低估。

摘要： 糜棱岩韧性变形发生的应变局部化过程,尤其是多相糜棱岩第二相对基质相变形的影响一直是显微构造研究难点.研究表明糜棱岩借助颗粒边界滑移实现多相混合,形成多矿物相集合体.在多相糜棱岩内,第二相在基质相颗粒边界施加齐纳阻力,牵制基质相颗粒边界的迁移速率,破坏基质相颗粒的动态平衡过程,使基质相颗粒位于古应力计对应的颗粒粒度以下,导致基质相整体的表面积增大,促进扩散交换过程,提高了扩散蠕变,降低了基质相位错蠕变和结晶学优选方位(CPO)形成的效率,使变形机制从颗粒粒径不敏感蠕变机制(GSI)过渡为颗粒粒径敏感蠕变机制(GSS).另外,多相糜棱岩内的第二相具有诱导应变局部化的效应,使塑性应变局部化更为强烈,引起物质强度的变化,进而引起岩石变形过程和岩石圈流变行为的改变.选取秦岭群花岗质糜棱岩进行多相矿物糜棱岩定量化研究,结果显示花岗质糜棱岩伴随着云母含量的增多以及各相混合程度的增大,石英的颗粒粒度明显减小,CPO强度显著降低,基质相显微变形受第二相控制逐渐增强.

摘要： 针对黏性土的强度各向异性及应变局部化问题,将Pietruszczak微结构张量联合应力不变量的方法发展至分析黏性土的黏聚力各向异性,并将其引入Cosserat连续体理论下的Drucker-Prager本构模型中,实现黏聚力随应力状态变化而动态更新,推导有关公式并借助于有限元软件ABAQUS的二次开发功能进行数值实现,通过与试验结果的对比,验证所发展的数值方法的可靠性和有效性.对平面应变条件下的单轴压缩和挡土墙被动破坏算例进行分析,说明黏聚力的强度各向异性对承载力和变形有重要影响,并对不同工况下黏聚力的取值提供合理建议.经过与经典连续体模型的计算结果进行对比研究,证明文中所发展的Cosserat连续体理论下考虑强度各向异性的数值模型,能克服经典连续体模型病态的网格敏感性,保持应变局部化问题的适定性.

摘要： 为探究均匀性和非均匀性试样在拉伸荷载作用下,试样破坏前相关变量场演化特征,采用数字散斑相关方法,对比分析含双边预制裂纹的有机玻璃试样和砂浆试样在拉伸荷载作用下表面图像灰度相关性系数场和Jy方向应变场及其特征量的演化特征.结果表明:试样表面特征量与试样局部化在时间和空间都存在对应关系;图像灰度相关性系数场演化特征能反映试样变形局部化区域,其特征量演化特征能反映试样均匀变形阶段和非均匀变形阶段,在非均匀变形阶段,应变局部化“竞争”激烈,图像灰度相关性系数特征量随时间波动较大,整体上呈急剧增加趋势,可以作为含双边预制裂纹试样破坏前的征兆;y方向应变场演化特征反映了试样应变局部化区域和“竞争”位置以及裂纹起裂位置,其特征量演化特征与载荷随时间变化相关,试样的非均匀性造成特征量处于不断的波动状态,可以区分均匀性试样与非均匀性试样.

摘要： 本文提出一种通过耦合有限元及离散元的多尺度模拟方法,对颗粒材料的宏微观特性进行系统有效研究,并将该方法应用于颗粒材料中应变局部化问题.该多尺度方法利用有限元模拟离散边值问题,并从镶嵌于每个高斯点的离散元代表单元体提取本构关系用于整体求解.该多尺度模型不仅能够避免传统连续方法对基于唯像假设的本构关系的依赖,又能克服单纯离散元不能有效模拟大尺度工程问题的弊病,同时还能有效将宏观观测与材料的细微观机制有效关联.本文通过两个工程应用实例展示该多尺度模型的有效性.第一个算例为中密沙双轴压缩试验中剪切带的形成过程及其宏微观特性变化.第二个算例为挡土墙土体的破坏试验中主动和被动土压力模式下局部化破坏模拟及机理分析.这两个算例充分展示了该多尺度模拟方法在颗粒材料基本特性研究及其实际工程应用方面良好的运用前景.

摘要： 基于梯度塑性理论,考虑了应变局部化，分别在线性应变软化和三线性应变软化条件下，推导出了岩石试样在单轴拉伸情况下局部塑性拉伸应变分布解析式和全程应力一应变曲线的解析式，并且将理论结果与实验结果比较,验证了理路的合理性．

摘要： 应变局部化是岩土类材料失稳的一个重要的变形特征，这种物理现象在数学上表现为系统控制方程的性态发生变化。当采用传统方法模拟局部化变形时，由于无法合理地考虑由材料失稳所引起的能量耗散机制，因此导致计算结果与网格尺寸和排列方向相关。本文采用强不连续分析方法作为控制方程的正则化机制，从而可以刻画结构中局部化变形的产生和强、弱不连续面的发展过程。在此基础上，根据Borja等人提出的假定增强应变方法所形成的Petrov-Galerkin弱形式及其有限元离散形式和求解方法，编制了计算程序。这种单元内嵌不连续面模型允许单元内存在间断的位移场、应变场，而无需重新剖分网格。数值算例表明，针对非关联软化的Drucker-Prager弹塑性模型，采用这种模型可得到与网格尺寸无关的结果。

摘要： 颗粒材料的亚塑性模型以Jaumann应力率张量及变形率张量来描述其本构关系。本文基于ABAQUS平台针对Gudehus-Bauer亚塑性模型建议了两种近似切线模量矩阵的数值求解方案,即基于矩阵广义逆一致性切向模量矩阵与近似切向模量矩阵,开发了相应的UMAT接口程序,数值算例重点调查了颗粒材料的应变局部化行为及孔隙比演化,表明了所建议方案的可行性及开发程序的正确性。

摘要： 在基坑监测过程中,一般采用规范里面的报警值作为尺度来衡量基坑的安全性,而缺乏理论依据.本文根据平面应变不排水试验结果,考虑土体应变局部化的影响,将剪切带开始形成时的强度指标应用到基坑设计中.计算结果表明:采用考虑局部化的强度指标能够更好地考虑基坑的安全性要求.

摘要： 本文给出了一个基于梯度塑性和线性互补模型的有限元－无网格耦合方法。利用在积分点上定义的离散塑性乘子值，采用基于移动最小二乘的无网格法插值近似假定塑性乘子场以计算积分点上的塑性乘子Laplacian；而位移场和孔隙水压力场则利用定义其在节点上的离散值采用有限元法插值近似。通过联立平衡方程的弱形式与在积分点上逐点满足而不是积分意义下满足的非局部本构方程和屈服条件，导出了相应梯度塑性连续体模型数值问题求解的线性互补问题标准型，并通过Lexico-Lemke算法求解。在保证二阶收敛率的同时无需形成一致性切线刚度矩阵。对于非关联塑性连续体可避免出现在现有数值方法中存在的刚度矩阵非对称问题。数值算例表明本文所提出模型和数值算法在模拟因应变软化而导致的应变局部化现象中渐进破坏过程的合理性和有效性。

摘要： 由于缺少一个特征长度，局部塑性软化模型使得控制偏微分方程呈现病态，导致有限元数值解具有网格敏感性。通过对离散增量平衡方程刚度矩阵谱分析来研究导致网格敏感性的本质，结果表明，控制系统变形模式的主特征向量极不规则且依赖于单元大小，局部化变形区域大小依赖于所引入的弱单元尺寸。通过引入一个特征长度，非局部理论使变形模式变得光滑，局部化变形区域大小保持固定，从而使得塑性应变分布和荷载响应计算结果保持网格客观性并随着网格细化趋近于理论解。将局部和非局部塑性软化模型用于双轴应变局部化试验数值模拟中，谱分析表明，局部模型随着网格细化将有负特征值出现，解将出现分叉，边值问题出现病态。非局部化理论使得所有特征值保持为正，得到了一致收敛解，这表明病态边值问题得到了正则化。

摘要： 各种工程事故表明：现有的土力学计算模型均未考虑应变局部化问题，故不能解释这些工程事故的发生，因此应变局部化和剪切带形成的研究成为国际土力学界研究热点之一。数值模拟是研究剪切带形成的一个重要内容。在数值模拟中首先进行剪切带形成条件的研究，接着考虑土质不均匀性的影响，引入弱单元和强单元，进行弱单元与强单元影响力的研究。

摘要： 波动问题是实际工程中常见的问题,特别是对于坝体、岩体等大体量结构,波动的影响尤为显著。而在强动力作用下,材料的应力-应变特性往往会进入非线性阶段,进而使得波场的行为变得非常复杂。本文针对大体积工程结构中常见的伪脆性材料,展开非线性波动分析和研究。首先针对伪脆性材料的3个典型的非线性特性,即软化、残余变形以及滞回耗能,采用损伤滞回模型进行描述。然后基于精细有限元模型和显式积分方法,对伪脆性材料的一维非线性波场进行了数值模拟。最后基于数值模拟结果讨论了伪脆性材料非线性波场的能量耗散、色散效应以及变形集中。本文结果为强动力作用下大体积伪脆性材料结构的分析和模拟垫定了基础。

摘要： 波动问题是实际工程中常见的问题,特别是对于坝体、岩体等大体量结构,波动的影响尤为显著。而在强动力作用下,材料的应力-应变特性往往会进入非线性阶段,进而使得波场的行为变得非常复杂。本文针对大体积工程结构中常见的伪脆性材料,展开非线性波动分析和研究。首先针对伪脆性材料的3个典型的非线性特性,即软化、残余变形以及滞回耗能,采用损伤滞回模型进行描述。然后基于精细有限元模型和显式积分方法,对伪脆性材料的一维非线性波场进行了数值模拟。最后基于数值模拟结果讨论了伪脆性材料非线性波场的能量耗散、色散效应以及变形集中。本文结果为强动力作用下大体积伪脆性材料结构的分析和模拟垫定了基础。

摘要： 一种基于长方形子区的应变局部化带应变的光学测量方法，采集受载过程中物体一个表面的图像，获得图像上各测点的位移和应变；选择一条待测应变局部化带，在第一张图像上选定待测应变局部化带的测量区域，获得待测应变局部化带的倾角；在其他各张图像上确定与测量区域有关的包含待测应变局部化带的区域，将测量区域和包含待测应变局部化带的区域旋转相同的角度，使该区域内的待测应变局部化带水平或垂直；布置测线和若干测点，设置长方形子区；获得当前坐标系下多条测线上的线应变、剪切应变分布规律，将当前坐标系下的应变转换为原坐标系下的应变。本发明对应变局部化带较窄和带内应变分布极不均匀的情形，可较好地测量带内应变场的时空分布规律。

摘要： 本发明提供一种应变局部化带内应变场的半子区相关光学测量方法，采集受载过程中物体一个表面的图像；获得图像上各测点的位移和应变和待测应变局部化带的倾角，在待测应变局部化带的法线方向上布置两条平行测线并布置若干测点；获得同时位于测线上和待测应变局部化带起始边界线上的测点的坐标和位移；在待测应变局部化带内外确定与所述测点间距为测线间隔一半的测点的坐标和位移；计算矩形像素块的应变；获得待测应变局部化带内部的应变场的分布规律。本发明可以较好地测量应变局部化带内的应变场的时空分布规律，测量得到的应变局部化带内的应变分布较为光滑、连续、准确，提高了应变局部化带内部应变场的测量精度，在固体实验力学领域有广泛的应用。

摘要： 本发明涉及一种通过界定应变局部化区域预测边坡滑裂面位置的方法，包括：划分实验观测区域；计算应变值；确定各应变局部化区域范围；连接各个高程的应变局部化区域。本发明通过确定二维边坡应变局部化区域的理论计算方法，引入了概率论中置信区间的概念，可以在边坡模型试验中应用，用于在试验中系统化直观化的显示边坡的变形特点并在早期有效预测最终破坏时的滑裂面位置。该技术具有计算准确、应用范围广、可程序化等特点，为边坡变形破坏的理论及试验研究提供有力支撑。

摘要： 本发明提出一种应变局部化带剪胀角的光学测量方法，包括：采集图像并获得图像上各测点的位移和应变；在除第一张图像外的其他各张图像上确定与测量区域有关的包含待测应变局部化带的区域；使待测应变局部化带水平或垂直；布置一条与旋转后的待测应变部化带切向垂直的测线，建立直角坐标系并在该测线上布置若干测点，获得测线上各测点的位移和相关系数分布曲线；确定测线上与待测应变局部化带有关的两个临界点的坐标，并获得这两个临界点在直角坐标系下的位移和应变；计算测线上待测应变局部带的两边界点在直角坐标系下的位移；获得待测应变局部化带的剪胀角。本发明能保证边界点位移信息的可靠性，获得待测应变局部化带更真实的剪胀角。

摘要： 本发明提供一种应变局部化带宽度及间距的统一光学测量方法，包括：采集受载过程中物体一个表面的图像；获得图像上各测点的位移和应变；在第一张图像上选定应变局部化带宽度及间距的测量区域，测量应变局部化带的平均倾角；在除第一张图像外的其他各张图像上确定与测量区域有关的包含应变局部化带的区域，使应变局部化带水平或垂直，布置测线和测点，获得测线上各测点的位移和相关系数分布曲线；确定测线上与应变局部化带无关的区域和与应变局部带有关的区域，确定测线方向上各部分区域的长度；计算应变局部化带的宽度和任意两条相邻的应变局部化带的间距。本发明可实现应变局部化带宽度及间距的统一测量；测量精度高、效率高。

摘要： 本发明提供了一种应变局部化带间距随应力或应变演变规律的观测方法，包括：利用拍摄设备获取试样在加载过程中的数字图像；利用亚像素数字图像相关方法和双三次样条插值方法获取光滑性较好的应变场；获取每条被测应变局部化带的应变数据；设置迭代的初值，任一初值的维数比应变局部化带的数目多1，利用群智能算法，通过不断同步迭代，逐渐缩小各条应变局部化带上的数据与试探解答之间的偏差，最终获得唯一的应变局部化带角度和各自的不同截距；利用两条平行线之间的距离公式，计算任意两条相邻应变局部化带的间距。本发明的优点为：能够保证测量结果的准确性和唯一性，能够获得应变局部化带间距的演变规律，能够实现自动化、批量、高效率测量。

摘要： 一种基于长方形子区的应变局部化带应变的光学测量方法，采集受载过程中物体一个表面的图像，获得图像上各测点的位移和应变；选择一条待测应变局部化带，在第一张图像上选定待测应变局部化带的测量区域，获得待测应变局部化带的倾角；在其他各张图像上确定与测量区域有关的包含待测应变局部化带的区域，将测量区域和包含待测应变局部化带的区域旋转相同的角度，使该区域内的待测应变局部化带水平或垂直；布置测线和若干测点，设置长方形子区；获得当前坐标系下多条测线上的线应变、剪切应变分布规律，将当前坐标系下的应变转换为原坐标系下的应变。本发明对应变局部化带较窄和带内应变分布极不均匀的情形，可较好地测量带内应变场的时空分布规律。

摘要： 本发明提供一种应变局部化带内应变场的半子区相关光学测量方法，采集受载过程中物体一个表面的图像；获得图像上各测点的位移和应变和待测应变局部化带的倾角，在待测应变局部化带的法线方向上布置两条平行测线并布置若干测点；获得同时位于测线上和待测应变局部化带起始边界线上的测点的坐标和位移；在待测应变局部化带内外确定与所述测点间距为测线间隔一半的测点的坐标和位移；计算矩形像素块的应变；获得待测应变局部化带内部的应变场的分布规律。本发明可以较好地测量应变局部化带内的应变场的时空分布规律，测量得到的应变局部化带内的应变分布较为光滑、连续、准确，提高了应变局部化带内部应变场的测量精度，在固体实验力学领域有广泛的应用。

摘要： 本发明提出了一种确定岩石应变局部化启动应力水平的方法，该方法适用于分析围压作用下岩体变形局部化特征，其利用数字散斑图像处理技术进行材料应变局部化的研究，具有简单易行、观测全面，对试验过程无影响等特点。该方法通过虚拟应变片的图像分析，得到岩石应变局部化带内外对应的应力‑应变曲线，并得到对应的应力‑应变曲线的应变差值演化曲线，应变差值演化曲线出现明显拐点时对应的应力水平即为围压作用下岩石变形局部化启动应力水平，以此进行岩体渐进性破坏过程的研究，并针对地下工程围岩体稳定性问题，了解岩石渐进性破坏力学机理和破坏前兆，进而提出相应的围岩支护措施，为地下工程围岩体稳定控制研究提供一定的试验和理论基础。

摘要： 本发明涉及一种通过界定应变局部化区域预测边坡滑裂面位置的方法，包括：划分实验观测区域；计算应变值；确定各应变局部化区域范围；连接各个高程的应变局部化区域。本发明通过确定二维边坡应变局部化区域的理论计算方法，引入了概率论中置信区间的概念，可以在边坡模型试验中应用，用于在试验中系统化直观化的显示边坡的变形特点并在早期有效预测最终破坏时的滑裂面位置。该技术具有计算准确、应用范围广、可程序化等特点，为边坡变形破坏的理论及试验研究提供有力支撑。