本构模型

摘要： 背景:腰椎间盘突出症是临床上引起腰痛的主要原因,发病原因十分复杂,长期力学负荷的积累和突然超负荷损伤通常被认为是主要病因。椎间盘突出大多受到其力学状态改变的影响,因此需要对腰椎间盘整体和内部的应力/应变特性进行研究,从而为腰椎间盘突出的预防和治疗提出指导。目的:通过体外实验多角度讨论椎间盘的疲劳特性和破裂机制。方法:实验采用当地屠宰4-6 h的新鲜绵羊腰椎,用其制作的椎间盘样本被用于不同实验。疲劳实验中,探索轻度破裂和疲劳应力对椎间盘疲劳特性的影响。在内部位移和载荷分布实验中,通过应用优化的数字图像相关技术来测试椎间盘加载过程的内部位移分布,应用布拉格光纤光栅技术测量椎间盘加载过程的内部载荷分布。结果与结论:①对于正常及早期破裂腰椎间盘,疲劳前后的破裂应力-应变曲线均呈现出多段特性,主要由4个阶段组成:趾部阶段、线性阶段、屈服阶段和破裂阶段;②正常腰椎间盘的趾部阶段非常明显,而早期破裂腰椎间盘的趾部阶段几乎消失;对于正常和早期破裂腰椎间盘,疲劳后的弹性模量均略大于疲劳前的弹性模量;对于正常腰椎间盘,疲劳后的比例极限大于疲劳前;对于早期破裂腰椎间盘,疲劳后的比例极限小于疲劳前;对于正常腰椎间盘,疲劳后的屈服应力大于疲劳前;对于早期破裂腰椎间盘,疲劳后的屈服应力小于疲劳前;③腹侧纤维环应力<背侧纤维环应力;在背侧区域,外层纤维环应力<内层纤维环应力;而腹侧区域呈现相反规律;④含损伤因子的损伤本构模型可以很好地拟合椎间盘损伤的力学特性,实验结果对预防日常生活中的腰椎间盘突出具有理论上的指导意义。

摘要： 多孔碳纤维纸由随机分布的碳纤维构成,常用于燃料电池、发热材料等先进结构,其主要服役状态为面外压缩。碳纤维纸的压缩应变对其力学、热学、电学性能均有显著影响,因此迫切需要揭示其面外压缩本构关系。该文针对碳纤维纸微结构随机多孔的特点,提出了2种非线性面外压缩本构模型,分别是考虑赫兹接触影响的对数型模型和考虑孔隙率和单胞尺寸的幂函数型模型。基于3种商品化碳纤维纸的应力-应变实验数据,将该文提出的两种模型与传统的线性模型进行分析对比,并讨论了有、无额外有机物对碳纤维纸力学性能的影响。结果表明:碳纤维纸中的额外有机物对其应力-应变关系有比较明显的影响,全面考虑接触变形、弯曲变形与孔隙率变化的对数型本构模型具有较好的鲁棒性,适用范围较广;幂函数型本构模型能够较准确地预测有机物含量较低的碳纤维纸的应力-应变关系;传统的线性本构模型对各种碳纤维纸的预测均有较大的误差,该文提出的两种非线性本构模型对碳纤维纸具有较好的适用性,可以反映碳纤维纸的非线性应力-应变关系。

摘要： 分级加载压缩蠕变试验未能充分考虑稳定蠕变中的黏塑性应变,故采用三轴循环加卸载压缩蠕变试验来实现岩石的黏弹、塑性应变分离,从而使岩石黏弹、塑性应变在岩石蠕变的各个阶段得以充分考虑.以某水电站闪长玢岩为例,探讨该类岩石蠕变特性.在破坏前,岩石的瞬时弹性应变以及瞬时塑性应变随着偏应力逐级增大呈线性增长;随着偏应力的增加,黏弹性应变和黏塑性应变呈非线性增长.引入一个分数阶Abel黏壶与Kelvin模型串联形成新型黏弹性模型;用分数阶Abel黏壶代替传统的黏塑性模型中的线性牛顿体并基于损伤建立黏塑性损伤模型.然后将新型黏弹性模型和黏塑性损伤模型与瞬时弹性模型和瞬时塑性模型串联组成一个新的岩石蠕变损伤模型.最后将该模型与岩石蠕变曲线进行拟合,从而证明该模型的适用性.

摘要： 为了准确表征大范围应变幅值、激励频率和磁场下磁流变弹性体(Magnetorheological elastomer,MRE)的力学行为,本文引入黏弹性分数阶导数,提出一种描述磁流变弹性体滞回特性的分数阶导数改进Bouc?Wen模型.分析了各向同性与异性MRE的微观形貌特征,对MRE进行了性能试验,研究发现,MRE的储能和损耗模量随着应变幅值(0～100％)增大先不变后减小,随着频率(0～100 Hz)增大而增大,随着磁场(0～545 mT)增大而增大.在此基础上,基于分数阶导数提出改进Bouc?Wen模型,在Simulink软件中建立仿真模型,利用Oustaloup滤波器算法对分数阶导数项近似计算,对比分析验证了改进模型的有效性,各工况下仿真数据和试验数据的吻合度均高于98％.结果表明:改进Bouc?Wen模型能准确地模拟MRE应力应变滞回曲线,拟合精度较Bouc?Wen模型明显提升,改进模型在较宽的应变幅值、频率和磁场范围内是准确有效的,为实现MRE的工程应用打下基础.

摘要： 结合金沙江拉哇特高混凝土面板堆石坝,分别采用邓肯E-B模型和河海统一广义塑性模型,考虑堆石料流变的遗传特性,进行大坝三维有限元分析,并在坝料相同试验结果的条件下对比研究两种不同本构模型下堆石体和面板应力变形的差异。结果表明:两种模型计算的堆石体应力变形规律相似,沉降差异不大,但河海统一广义塑性模型计算的堆石体水平位移及面板挠度均小于邓肯E-B模型;混凝土面板的位移分布差别较大,由于邓肯E-B模型不能考虑堆石料的剪胀性,计算满蓄期面板的变形远大于统一广义塑性模型结果;两种模型在满蓄期计算得到的应力较为接近,与统一广义塑性模型相比,邓肯E-B模型计算得到的堆石体第三主应力较小,面板压应力数值偏大,拉应力区域较大。不同本构模型的计算结果均说明拉哇特高混凝土面板堆石坝的变形与应力在安全范围内,现行设计方案可行。

摘要： 为合理反映粗粒土的状态依赖非关联应力应变特性,提出应力分数阶塑性力学模型。已有模型基于三轴试验结果,无法对堆石料真三轴条件下的应力应变特性进行预测,为解决这一问题,基于特征应力法对已有分数阶塑性力学模型进行完善。进一步选取不同初始状态条件下堆石料的真三轴压缩试验数据对模型进行验证,结果表明,三维化后的分数阶岩土塑性力学模型可以合理地模拟不同初始状态的堆石料在真三轴压缩条件下的应力应变行为。与传统塑性力学模型相比,提出的分数阶塑性模型在描述堆石料非关联流动时不需要额外引入塑性势函数,仅需对已有屈服面求解分数阶导数。此外,模型在特征应力空间中推导完成再映射到原应力空间,可描述土体的三维强度特性,无需额外采用三维强度准则。

摘要： 为描述粘弹性材料特慢力学行为,该文给出了局部结构导数本构模型。该模型以ln^(α)(1+t/τ_(0))为结构函数,物理意义清楚,能够准确描述粘弹性材料特慢力学行为的对数律依赖现象。传统整数阶和分形导数本构模型均不能描述粘弹性材料的特慢力学行为。目前,常用于粘弹性材料特慢力学行为的模型是Lomnitz模型,但该模型是一个经验本构,物理意义不清楚。为比较这4类模型在描述特慢力学行为上的差异,文章以混凝土的特慢蠕变过程为例,结合不同实验条件下的蠕变实验数据,验证了局部结构导数模型在刻画特慢蠕变行为的可行性和有效性。此外,文章也给出了特慢蠕变的局部结构导数Kelvin本构模型,并与上述的局部结构导数Maxwell本构模型进行了对比分析,给出了不同模型的适用范围。

摘要： 在室温条件下,依次对沿轧制方向0°、45°、90°三个方向试样按照0.001S^(-1)、0.01 S^(-1)、0.1 S^(-1)的应变速率对6014铝合金板料进行单向拉伸试验,对其常温力学性能进行研究。试验结果表明:6014铝合金板料的常温力学性能与应变速率和与轧制方向的角度有关,其关系为,6014铝合金板料的抗拉强度和屈服强度均随着应变速率的增大而增大;沿轧制方向0°方向上的抗拉强度最大,90°方向抗拉强度次之,45°方向抗拉强度最小,但综合来看,屈强比则是90°方向最小。然后对6014铝合金板料的试验参数进行拟合,建立其Johnson-Cook本构模型,为后续有限元仿真分析打下理论基础。

摘要： 以一座设计阶段的胶结砂砾石坝为例,其坝址处地基覆盖层为砂卵石土层,坝体为胶结砂砾石料,前期运用ANSYS的参数化设计命令流进行二次开发,分别以邓肯-张经典与修正模型作为材料本构模型,对整体结构进行有限元计算,分析其应力变形规律。后期基于实际设计需求,从覆盖层抗压、抗剪两个角度出发,联通ANSYS有限元分析与MATLAB优化模块,通过优化设计与方案评估获得最优坝型,达到材料用量减少(节省11.3%)和地基应力状态改良(抗剪破坏点清除和最大压应力降低9.2%)的目的。

摘要： 岩石工程中经常发生循环加载-卸载作用,对工程的稳定性具有很大的影响。基于此,文章通过研究岩石本构模型,利用单轴等级加卸载试验和无侧限加载试验两种方式,对试验结果进行分析,用拟合的方法验证了本构关系。

摘要： 复合固体推进剂本构模型的研究是分析贴壁浇注式固体火箭发动机装药结构完整性的重要基础.从微观角度看,复合固体推进剂由大量不同大小的固体颗粒(例如AP颗粒,RDX颗粒和Al颗粒)嵌入基质中,基质和固体颗粒通过粘合剂彼此结合.因此,本文通过考虑复合固体推进剂中颗粒大小和颗粒-基质界面失效强度的差异的分布情况,假设在外部载荷下固体推进剂的损伤演化服从Weibull分布函数和幂律分布函数,建立了含损伤的粘弹性本构模型,通过文献中HTPB推进剂在高温(323K)、常温(293K)和低温(233K)下的实验数据对模型的准确性进行了验证,并对两种统计模型预测的准确性进行对比.结果表明:两种分布函数都能够描述HTPB推进剂在不同实验条件下的应力-应变关系,本构模型预测的最大应力误差基本都小于20％,但是基于Weibull分布函数的本构模型稳定性更好.

摘要： 基于韩林海、过镇海、Saenz和Hognestad四种常用混凝土本构模型,以C30混凝土为例,得到不同本构关系下单轴受压及往复加载下的应力应变关系曲线,分析了各自在损伤累积、刚度退化方面的差异;并将四种本构分别应用于ABAQUS混凝土损伤塑性模型中,对钢管混凝土柱轴压及滞回性能进行了有限元分析.研究表明:模拟轴压作用下混凝土柱时,宜采用韩林海模型与Saenz模型;在模拟需考虑损伤的水平往复力作用下的钢管混凝土柱时,宜采用Saenz模型与Hognestad模型.本文对不同混凝土本构模型在ABAQUS中的选择和参数输入给出了一些建议,可供设计及研究参考.

摘要： 为准确模拟钢筋混凝土梁柱构件的滞回性能,对《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)附录C混凝土本构模型进行了补充修正.采用原点指向模型与拉区应力-应变曲线随受压残余应变点迁移法,补充完善了混凝土受拉加卸载、拉压受力状态转换的滞回规则;采用基于体积配箍率建立的约束指标λt分析了钢筋混凝土梁柱构件中箍筋对混凝土的约束作用;对《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)混凝土本构模型中的附加应变算法进行了修正,使得受压混凝土卸载/再加载变形模量能够反映循环加载下混凝土的受压损伤不可恢复特性.利用ABAQUS用户子程序接口UMAT,VUMAT进行二次开发,编写了适用于显、隐式动力分析的梁单元混凝土本构模型子程序,并对往复荷载下钢筋混凝土柱受力性能进行了模拟分析.结果表明:模型的数值模拟结果与拟静力试验结果吻合良好;构建的混凝土本构模型能够用于混凝土梁柱构件在复杂受力状态下的非线性性能分析.

摘要： 将岩石损伤演化看成破坏微元的增长过程,借助生态学中的logistic方程,建立损伤本构模型,理论推导模型参数的表达式,探讨其物理意义.并通过实验验证模型的准确性,参数r反映了岩石损伤演化速度和强度特性,a反映了岩石强度特性和峰后破坏的脆性程度.

摘要： 针对钛钢复合双金属材料单调加载力学性能和本构模型尚不明确的问题,采用经试验验证的有限元模型,分析了5种基层结构钢材和7种复层钛金属组成的钛钢复合双金属材料,在4种不同复合比下的单调加载力学性能.研究发现除复合比外,基层和复层材料弹塑性力学指标对钛钢复合双金属材料具有显著影响.基于平截面假定和无界面滑移假定进行了理论建模,得到了钛钢复合双金属材料的单调加载弹塑性应力-应变本构模型.模型评估应力应变关系与有限元分析结果具有较好的吻合.

摘要： 沥青混合料是一种黏弹性材料,其变形包括瞬时弹性变形、黏弹性变形和黏性流动变形.重复荷载作用下,沥青混合料的永久变形则由残余黏弹性变形和黏性流动变形构成.

摘要： 在煤层气开采过程中,煤岩力学性质对煤储层改造和煤储层渗透率动态变化有重要的影响.通常将煤岩看作弹脆性介质,在地应力较小的情况下是合理的.但是,随着煤层气开采深度不断加大,地应力也相应增大,煤岩不可避免会表现出一定塑性变形特征.为了研究深部煤岩力学变形行为,基于不可逆热力学理论,引入非关联的塑性流动法则和损伤演化法则,建立了煤岩的弹塑性损伤本构模型.同时开展了不同围压(0,5MPa,10MPa,15MPa,20MPa)下的煤岩三轴应力应变实验.结果显示,煤岩在应力加载过程中会产生一系列的变形响应,具体分为:初始压缩阶段、弹性变形阶段、塑性变形阶段和峰后破坏阶段.随着围压增大,屈服强度(σy)和抗压强度(σpeak)非线性增大,弹性模量(E)先快速增大后增速趋缓,泊松比(v)则先快速减小后缓慢减小.煤岩本构模型的数值模拟结果与试验结果符合得很好,该模型可用于深部煤储层力学性质的相关研究.

摘要： 本文主要总结比较熟悉的岩土本构模型、地基基础和深基坑工程方面我国所取得并且为行业应用的主要成就和存在问题.认为我国在岩土本构模型的研究方面已达到国际先进水平,但还是缺乏能为工程应用的模型,缺乏中国的数值计算软件,应该发展方便实用的本构模型;在地基、桩基和刚性桩复合地基方面,我国形成了具有中国特色的半理论半经验方法,为我国工程建设发挥了重大作用,要使地基设计取得新的进步,今后应该发展变形控制的设计方法;深基坑工程是一个新的学科方向,中国深基坑工程的发展结合现代计算技术,发展了可以考虑施工全过程的内力和变形计算的增量法和全量法的实用计算方法,形成了中国的工程设计方法,是对深基坑工程的重要贡献,目前软土深基坑的设计理论还有待进一步的发展完善.

摘要： 为研究钢筋锈蚀对黏结锚固性能的影响,本文对锈蚀钢筋与混凝土间黏结性能及本构模型的国内外研究现状进行了总结,分析出结构内部钢筋锈蚀后对黏结机理的影响.此外,通过总结和分析国内外学者的研究成果,提出了不同锈蚀率下黏结强度劣化模型与黏结-滑移本构模型,并通过相关学者的试验数据验证了该模型的合理性.

摘要： 基坑隆起稳定性数值分析是深基坑工程研究中的重要方法,尚处于初步探讨阶段,还存在一些重要的科学问题有待深入认识.基于国内外这方面的研究成果并结合笔者在软土基坑三维数值参数分析工作中的经验,对基坑隆起稳定性数值分析中的隆起破坏空间效应、破坏模式、本构模型及参数选择等问题进行了初步探讨,指出隆起稳定分析应重点开展三维和窄长基坑双侧隆起分析;破坏模式辨识中,隆起模式未必与传统方法的破坏模式相同;土体本构模型选择应主要考虑土体加卸荷条件以及屈服与破坏准则;参数分析中,首次指出本构模型参数选择存在可行域问题.

摘要： 本发明公开了一种代表性图结构模型、视觉理解模型的建立方法及应用，属于视觉理解领域，包括：建立代表性图结构模型；代表性图结构模型包括：特征映射模块，用于从输入特征图像中提取值分支、键值分支和序列分支，并生成偏移矩阵；采样模块，用于根据偏移矩阵对值分支和键值分支中的节点(像素或图像栅格)采样，得到代表性特征；长距离依赖信息捕获模块，用于对键值分支的代表性特征与序列分支进行矩阵乘法后进行Softmax操作，得到关系矩阵，并对值分支的代表性特征与关系矩阵进行矩阵乘法，得到长距离依赖矩阵；以及特征反映射模块，用于将长距离依赖信息编码到输入特征图像中。本发明能够学习到更精炼的长距离依赖信息，提高视觉理解任务的准确度。

摘要： 本发明设计了一种基于数据模型的多专业异构模型统一封装方法，设计具有统一数据接口的驱动模块，系统性结构化管理专业工具仿真提取的数据文件，消除了异构模型与其他模型的差异性，为复杂系统链路仿真提供了高效准确的数据传递统一接口，为搭建复杂的多专业联合仿真系统创造了条件；建立标准化仿真数据结构，减少仿真和数据提取等重复性工作；该物理模型可以重复使用，异构模型的物理模型的复用性得到较大提升；在链路仿真时，每一个仿真节拍中选取的是专业仿真工具的过程数据，而不仅仅是最终的仿真结果数据，从而在系统仿真层面提高了仿真的准确性。

摘要： 本发明提供了一种基于统计形状模型自动构建患者解剖结构模型的方法，主要包括四个处理阶段，即：感兴趣区域的分割阶段、顶点收缩阶段、响应的建立阶段以及生成患者解剖结构模型阶段。本发明首先对输入数据进行预处理，增强感兴趣区域，并通过区域增长方法将感兴趣区域从特定患者的CT扫描图像中分割出来；然后将分割出来的感兴趣区域作为训练样本，并用三角形对训练样本进行网格化，通过顶点收缩策略对三角形网格进行迭代收缩；然后在模板样本和目标样本之间建立响应，并将模板样本和目标样本对齐，最后生成患者解剖结构的一般表达式。该方法可以有效的构建出患者解剖结构模型，从而帮助医疗专业人员快速对患者病情做出分析，为患者后续的治疗提供合理的方案。

摘要： 本发明公开了一种基于同构模型表示的三维模型生成方法，包括：针对模型集合的部件对应关系，构建模型集的统一结构表示；采用子图编码的方式，建立每个模型的同构结构表示；采用包围盒和广义圆柱的方式，建立每个模型的部件表示；根据模型的结构表示和部件表示，构建模型的统一表示；训练基于神经网络的自编码器，建立同构表示空间与二维数值空间的映射关系；对二维数值进行采样，利用自编码器解码得到模型同构表示；根据解码得到的模型同构表示，重建出三维模型，并判断重建模型的有效性；根据采样数据的有效性，估计有效空间的分布，并进行可视化；根据用户选取的有效二维数据，解码得到模型表示，重建新的三维模型。

摘要： 一种免盾构机模型的多功能缩尺盾构模型及其试验方法，其模型，包括试验槽，试验槽顶部后方设有反力架，试验槽顶部中间设有测量架，近测量架与反力架的横杆底端且垂直于测量架与反力架，连接有若干加载杆，每个加载杆底部通过吊杆将多功能管片悬吊于试验槽内；通过多功能管片的特殊构造实现盾构机施工过程中产生的荷载及变形效应，实现盾构施工的缩尺试验，具有结构合理，操作方便，模拟试验精度高，成本低的优点。

摘要： 本发明涉及一种火箭发动机系统架构模型与静态计算模型映射系统及方法，以解决液体火箭发动机系统进行静态计算时，需要通过手动方式构建发动机系统静态计算模型且当发动机系统架构模型修改时，无法快速实现对发动机系统静态计算模型修改的技术问题。该系统包括发动机架构模型库、发动机静态计算模型库、发动机系统架构模型和发动机系统静态计算模型。该方法包括：1、加载已开发和关联的模型库；2、构建发动机系统架构模型；3、生成发动机系统静态计算模型；4、仿真求解发动机系统静态计算模型，若符合要求，结束，若不符合要求，返回步骤2，重新构建发动机系统架构模型，直至生成符合要求的发动机系统静态计算模型。

摘要： 本发明设计了一种基于数据模型的多专业异构模型统一封装方法，设计具有统一数据接口的驱动模块，系统性结构化管理专业工具仿真提取的数据文件，消除了异构模型与其他模型的差异性，为复杂系统链路仿真提供了高效准确的数据传递统一接口，为搭建复杂的多专业联合仿真系统创造了条件；建立标准化仿真数据结构，减少仿真和数据提取等重复性工作；该物理模型可以重复使用，异构模型的物理模型的复用性得到较大提升；在链路仿真时，每一个仿真节拍中选取的是专业仿真工具的过程数据，而不仅仅是最终的仿真结果数据，从而在系统仿真层面提高了仿真的准确性。

摘要： 本实用新型提供了一种鱼鳃立体结构模型及鱼立体结构模型，涉及教学用模型技术领域。该鱼鳃立体结构模型包括鳃弓模体、多个鳃丝模体、入鳃小片毛细血管网模体及出鳃小片毛细血管网模体，多个鳃丝模体安装于鳃弓模体的一侧，鳃丝模体的外侧雕刻有多个鳃小片模体，入鳃小片毛细血管网模体和出鳃小片毛细血管网模体均位于鳃小片模体上。该鱼立体结构模型应用上述的鱼鳃立体结构模型，该鱼鳃立体结构模型体现鱼鳃的鳃小片结构，可以使鱼鳃的鳃小片结构直观的展示给学生，便于学生对鱼鳃的鳃小片结构进行理解。

摘要： 一种免盾构机模型的多功能缩尺盾构模型，包括试验槽，试验槽顶部后方设有反力架，试验槽顶部中间设有测量架，近测量架与反力架的横杆底端且垂直于测量架与反力架，连接有若干加载杆，每个加载杆底部通过吊杆将多功能管片悬吊于试验槽内；能够利用管片的构造，实现盾构施工的缩尺试验，具有结构合理，操作方便，模拟试验精度高，成本低的优点。

摘要： 本发明公开了基于流变模型应用的非线性岩石疲劳本构模型的构建方法，其包括如下步骤：构建岩体疲劳本构模型；获取分数阶描述的粘性元件参数；获取基于分数阶导数的岩体疲劳本构模型εeve的应变表达式；获得引入Mittag‑Leffler函数后的基于分数阶导数的岩体疲劳本构模型εeve(N)；构建反映加速疲劳阶段力学特性的非线性疲劳本构模型εvp；获取岩体宏观初始损伤Dma和岩体微观损伤Dmi耦合之后的损伤变量D；获得考虑初始损伤的加速疲劳阶段力学特性的非线性疲劳本构模型εvp(N)；获得考虑初始损伤的描述岩体疲劳全过程的非线性疲劳本构模型。本发明通过将描述不同疲劳阶段的非线性疲劳本构模型组合，建立描述岩体疲劳全过程的疲劳本构模型，该本构模型参数简单，物理力学意义明确。