岩石类材料损伤黏弹塑性动态本构模型研究

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岩土类材料弹塑性力学模型及本构方程

岩土类材料弹塑性力学模型及本构方程

岩土类材料弹塑性力学模型及本构方程TYYGROUP system office room 【TYYUA16H-TYY-TYYYUA8Q8-岩土类材料的弹塑性力学模型及本构方程摘要:本文主要结合岩土类材料的特性,开展研究其在受力变形过程中的弹性及塑性变形的特点,描述简化的力学模型特征及对应的适用条件,同时在分析研究其弹塑性力学模型的基础上,探究了关于岩土类介质材料的各种本构模型,如M-C、D-P、Cam、D-C、L-D及节理材料模型等,分析对应使用条件,特点及公式,从而推广到不同的材料本构模型的研究,为弹塑性理论更好的延伸发展做一定的参考性。

关键词:岩土类材料,弹塑性力学模型,本构方程不同的固体材料,力学性质各不相同。

即便是同一种固体材料,在不同的物理环境和受力状态中,所测得的反映其力学性质的应力应变曲线也各不相同。

尽管材料力学性质复杂多变,但仍是有规律可循的,也就是说可将各种反映材料力学性质的应力应变曲线,进行分析归类并加以总结,从而提出相应的变形体力学模型。

第一章岩土类材料地质工程或采掘工程中的岩土、煤炭、土壤,结构工程中的混凝土、石料,以及工业陶瓷等,将这些材料统称为岩土材料。

岩土塑性力学与传统塑性力学的区别在于岩土类材料和金属材料具有不同的力学特性。

岩土类材料是颗粒组成的多相体,而金属材料是人工形成的晶体材料。

正是由于不同的材料特性决定了岩土类材料和金属材料的不同性质。

归纳起来,岩土材料有3点基本特性:1.摩擦特性。

2.多相特性。

3.双强度特性。

另外岩土还有其特殊的力学性质:1.岩土的压硬性,2.岩土材料的等压屈服特性与剪胀性,3.岩土材料的硬化与软化特性。

4.土体的塑性变形依赖于应力路径。

对于岩土类等固体材料往往在受力变形的过程中,产生的弹性及塑性变形具备相应的特点,物体本身的结构以及所加外力的荷载、环境和温度等因素作用,常使得固体物体在变形过程中具备如下的特点。

固体材料弹性变形具有以下特点:(1)弹性变形是可逆的。

岩石材料的蠕变实验及本构模型研究

岩石材料的蠕变实验及本构模型研究

岩石材料的蠕变实验及本构模型研究蠕变是指材料在一定温度和应力条件下,随着时间的推移发生的持续变形。

在地质和工程领域,岩石是一种典型的蠕变材料。

岩石的蠕变行为对工程结构的长期稳定性和可靠性具有重要影响。

因此,对岩石材料的蠕变实验及本构模型研究具有重要的理论和实际意义。

岩石材料的蠕变实验主要分为应力松弛实验和恒定应力蠕变实验两种。

应力松弛实验是通过对材料施加一定的应力后,观察材料的应力随时间的变化,以及应变随时间的变化。

这种实验常常用来研究岩石材料的蠕变速率和蠕变变形的领导指数。

恒定应力蠕变实验则是在一定的应力水平下,观察材料的应变随时间的变化,并且通过实验数据拟合来得到本构模型。

岩石材料的蠕变行为可以通过多种本构模型来描述,其中最常用的是Norton、Burgers、Power-law以及Generalized Kelvin-Voigt模型。

这些模型可以通过实验数据进行参数拟合,从而得到对应的本构关系。

这些本构关系可以用来预测岩石材料在不同应力和温度下的蠕变行为。

此外,还可以通过拟合这些本构模型的参数,来研究岩石材料的蠕变机制。

研究表明,岩石材料的蠕变行为是由多种因素共同影响的,包括温度、应力水平、孔隙水压力、孔隙率等。

因此,在进行蠕变实验时,需要对这些因素进行控制和监测,以保证实验数据的可靠性。

同时,还需要考虑到实际工程环境中的应力和温度条件,从而得到更准确的本构关系。

总之,岩石材料的蠕变实验及本构模型研究对于预测岩石在地下工程中的蠕变行为具有重要的理论和实际意义。

通过研究岩石材料的蠕变行为及其本构关系,可以为地质和工程领域提供重要的科学依据,从而保证工程结构的长期稳定性和可靠性。

单轴压缩岩石损伤演化细观机理及其本构模型研究

单轴压缩岩石损伤演化细观机理及其本构模型研究

单轴压缩岩石损伤演化细观机理及其本构模型研究一、本文概述本文旨在深入研究单轴压缩下岩石损伤演化的细观机理,并探讨其对应的本构模型。

通过对岩石在单轴压缩过程中的微观破坏行为进行详细分析,揭示岩石损伤演化的内在机制,进而建立能够准确描述岩石力学行为的本构模型。

这一研究对于理解岩石的力学特性、预测岩石工程的稳定性和优化岩石工程设计具有重要意义。

在概述部分,本文将首先介绍单轴压缩试验的基本原理和方法,以及其在岩石力学研究中的应用。

随后,将概述岩石损伤演化的基本概念和研究现状,包括岩石损伤演化的定义、分类、影响因素等。

在此基础上,本文将提出研究目的和意义,明确研究内容和方法,并简要介绍论文的结构和主要研究成果。

通过本文的研究,我们期望能够深入理解岩石在单轴压缩下的损伤演化过程,揭示其细观机理,并建立相应的本构模型。

这将有助于我们更好地预测和控制岩石工程的稳定性和安全性,为岩石工程的设计、施工和维护提供科学依据。

二、单轴压缩岩石损伤演化细观机理在单轴压缩条件下,岩石的损伤演化细观机理是一个复杂而关键的科学问题。

单轴压缩是指岩石在单一轴向压力下发生的变形和破坏过程,它是岩石力学中最基本也是最重要的试验手段之一。

在这个过程中,岩石内部的微裂纹、微孔洞等损伤会不断演化,最终导致岩石的宏观破坏。

岩石在单轴压缩过程中,由于其内部存在的非均匀性和初始损伤,会导致应力分布的不均匀。

在应力集中区域,微裂纹会首先产生并扩展。

这些微裂纹的扩展方向往往与最大主应力方向一致,形成所谓的“翼裂纹”。

随着应力的增加,微裂纹会不断扩展、连接,形成宏观裂纹,导致岩石的整体强度降低。

岩石的损伤演化过程中还伴随着能量的耗散和释放。

在微裂纹产生和扩展的过程中,会消耗一部分外部输入的能量,并以热能的形式释放出来。

同时,岩石内部的损伤还会导致其弹性模量、泊松比等力学参数的降低,进一步影响岩石的应力-应变关系。

岩石的损伤演化还受到多种因素的影响,如岩石的矿物成分、颗粒大小、孔隙率、温度、压力等。

岩石材料的蠕变实验及本构模型研究

岩石材料的蠕变实验及本构模型研究

岩石材料的蠕变实验及本构模型研究引言:岩石是地球上最基础的构造材料之一,其性质的研究对于地质科学以及岩土工程领域具有重要意义。

岩石在地壳中扮演着起支撑与保护作用,因此了解岩石的变形行为以及蠕变性质对于地质灾害的预测与评估具有重要的指导意义。

本文将就岩石材料的蠕变实验及本构模型研究进行详细阐述。

一、岩石材料的蠕变实验蠕变是指物质在长时间内受到持续应力下的变形现象。

岩石材料由于具有多种类型的孔隙和裂隙,因此其蠕变行为比一般材料更为复杂。

蠕变实验是研究岩石材料蠕变性质的主要手段之一,其目的是了解岩石在不同应力、不同温度和不同时间下的蠕变特性。

1.实验设备蠕变实验一般需要使用蠕变试验机,该仪器能够提供连续加载并测量样品的应力和应变,同时控制温度。

实验所需的试样通常需要根据具体需要制备。

此外,还需要一些测量设备,如蠕变计和应变测量仪等。

2.实验过程蠕变实验的过程包括准备试样、加载试样、施加应力、保持应力和测量应变等步骤。

首先,需要根据实验要求制备符合标准的试样。

然后,将试样放置在蠕变试验机上,施加适当的负载并开始加载。

在加载过程中,需要保持恒定的应力并测量试样的应变,常用的应变测量方法有外部应变计和内部传感器等。

最后,根据实验结果绘制蠕变曲线,分析蠕变行为。

本构模型是描述材料力学性质的数学模型,通过建立岩石材料的本构模型,可以预测岩石的变形行为并进行力学仿真研究。

目前常用的岩石本构模型有线性弹性模型、弹塑性模型和粘弹性模型等。

1.线性弹性模型线性弹性模型是最简单的本构模型,它假设岩石材料的应力应变关系是线性的,即满足胡克定律。

这种模型适用于小应变范围内的岩石变形,但无法描述岩石的时间依赖性和非线性特性。

2.弹塑性模型弹塑性模型考虑了岩石在加载时的弹性变形和塑性变形,常用的模型有Mohr-Coulomb模型、Drucker-Prager模型等。

这些模型能够更准确地描述岩石的变形行为,但在蠕变时间很长的情况下,塑性本构模型可能会失效。

岩石动力学特征、含损伤本构模型及破坏机理研究

岩石动力学特征、含损伤本构模型及破坏机理研究

岩石动力学特征、含损伤本构模型及破坏机理研究1. 引言1.1 概述岩石是地壳中最基本的构成要素之一,其在地质工程、矿山开采和岩土工程等领域中具有重要的应用价值。

由于受到多种外界力学和环境条件的作用,岩石在长期的负荷下会发生变形、损伤甚至破坏。

因此,了解岩石的动力学特征以及其本构行为对于推进相关领域的科学研究和工程实践具有重要意义。

1.2 文章结构本文主要围绕岩石动力学特征、含损伤本构模型以及破坏机理展开,结构包括五个主要部分。

引言部分旨在介绍文章的背景和目标,并概括性地提及每个章节的内容。

第二部分将重点讨论岩石的力学特性、动态响应以及常用的实验与模拟方法。

第三部分将探讨含损伤本构模型,并介绍不同理论基础下引入损伤概念建立的本构模型,并对参考文献及其应用情况进行综合分析。

第四部分将深入研究岩石的破坏机理,包括对岩石破坏过程的分析、破坏预测与评估方法的探讨,并通过相关案例进行实例展示。

最后,第五部分将总结全文,并对该领域的进展和局限性进行评价,同时展望未来发展方向和可能遇到的挑战。

1.3 目的本文旨在系统地探讨岩石动力学特征、含损伤本构模型以及破坏机理的研究进展。

通过对国内外相关文献进行综合分析和总结,明确目前岩石动力学及其相关领域存在的问题和挑战,并提出未来发展方向。

通过本文的撰写,期望为岩石工程领域的科学研究和工程实践提供参考依据,促进该领域的进一步发展。

2. 岩石动力学特征研究:2.1 岩石的力学特性:岩石是一种复杂的多相介质,其力学特性对于岩石工程及地质灾害评估至关重要。

岩石的力学特性包括弹性模量、抗压强度、剪切强度以及岩石的变形行为等。

弹性模量是指岩石在受到外界作用力时产生的应力与应变之间的关系,反映了岩石的刚性;抗压强度则表示了岩石能够承受的最大压缩应力;剪切强度是指在试验条件下,岩石开始发生剪切失稳断裂之前所能承受的最大剪应力。

此外,岩石还具有很强的非线性行为。

当外部载荷增加到一定程度时,即会导致岩石发生塑性变形甚至失稳断裂。

岩土材料的力学性能与本构模型研究

岩土材料的力学性能与本构模型研究

岩土材料的力学性能与本构模型研究岩土工程学是土壤和岩石力学的应用科学,涉及到土壤和岩石的性质、行为及其与工程结构相互作用的问题。

在岩土工程中,研究岩土材料的力学性能及其本构模型是非常重要的,因为它们直接关系到土壤或岩石工程结构的安全和稳定性。

1. 引言岩土材料包括土壤和岩石两个方面。

土壤是由固体颗粒、水、气体和有机物组成的多相体系,其力学性能会受到颗粒间接触、粒间接触剪切和内部颗粒摩擦力等因素的影响。

岩石具有高强度和高刚度,但其内部存在各种裂隙和节理面,导致其力学性能复杂多变。

2. 岩土材料的力学性能岩土材料的力学性能是指其在外力作用下的变形、破坏等行为。

岩土材料的力学性能主要包括强度、刚度、变形性能等指标。

2.1 强度性能强度是指材料抵抗破坏的能力。

在岩土工程中,土壤的强度性能包括抗剪强度、抗压强度、抗拉强度等。

岩石的强度性能主要包括抗压强度、抗剪强度等。

2.2 刚度性能刚度是材料对外界力学作用的响应能力。

刚度性能主要通过岩土材料的弹性模量来表征,弹模越大,说明材料的刚度越大。

2.3 变形性能变形性能是指岩土材料在外力作用下发生变形的能力。

变形性能包括压缩、剪切、拉伸等不同形式的变形。

3. 岩土材料的本构模型本构模型是用来描述岩土材料力学性能的数学表达式。

常用的本构模型有弹性模型、塑性模型和粘弹塑性模型等。

3.1 弹性模型弹性模型假设岩土材料在小变形下具有线弹性行为,即应力与应变之间存在线性关系。

常用的弹性模型有胡克定律、线性弹性模型等。

3.2 塑性模型塑性模型适用于大变形条件下的岩土材料。

它假设材料的应力-应变曲线具有硬化和软化的特点,能够描述岩土材料的塑性应变。

3.3 粘弹塑性模型粘弹塑性模型综合考虑了岩土材料的粘弹性和塑性行为。

该模型可以有效地描述岩土材料在长期荷载作用下的变形和破坏过程。

4. 结论岩土材料的力学性能与本构模型的研究对于岩土工程的设计和施工具有重要意义。

准确了解岩土材料的力学性能以及选择适合的本构模型,可以提高岩土工程的安全可靠性,对工程结构的设计和施工提供指导。

岩石动静态本构关系及应用PPT文档共18页

岩石动静态本构关系及应用PPT文档共18页
•可用弹簧元 件来描述;
•在应力水平较 低时,只有瞬 时弹性应变, 当应力大于某 一值时,发生 衰减
•这种特征可以 用Maxwell体 和塑性元件的 并联来模拟;
•损伤演化对 岩石类材料 的动态力学 特性有很大 的影响
•可以采用损 伤元件来描 述。
元件模型理论
一、岩石动态本构关系
❖动态粘弹塑性本构模型
根据岩石类材料的力学特点建立本构模型的过程如下,进一步分 析可得到岩石粘弹塑性动态模型微分方程的数学表达式:
岩石类材料考虑损伤的粘弹塑性动态本构模型
元件模型理论
一、岩石动态本构关系
❖参数确定
不论本构模型的形式、类型如何,其最终得到的应力一应变曲线 都应该接近下面的岩石类材料受压标准应力一应变曲线形式:
岩石动静态本构关系及应用

6、黄金时代是在我们的前面,而不在 我们的 后面。

7、心急吃不了热汤圆。

8、你可以很有个性,但某些时候请收 敛。

9、只为成功找方法,不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。

10、只要下定决心克服恐惧,便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为,请 记住, 除了在 脑海中 ,恐惧 无处藏 身。-- 戴尔. 卡耐基 。
三、岩石动态本构关系的应用
深地下空间 开发利用
地下交通工程 围岩
岩石
深层能源开采
核废料深埋处理
四、几点思考
岩体,而非岩 石
高应变率下的 岩石试验技术 还有待进一步 提高
岩石动态 本构研究Leabharlann 新的本构模型 新的建模方法
宏细观结合
理论、试验、 模拟三者相结 合
岩爆、软岩大 变形等灾害研 究

岩石弹塑性本构模型

岩石弹塑性本构模型

常温常压下岩石的典型应力-应变曲线
如图所示为一般岩石在普通室温和大气压条件下进行 的单轴压缩试验典型应力-应变曲线,曲线大致分为四 个区域:
第I阶段(OA段):应力-应变曲线上弯,即随着 变形的增加,产生同样大小的应变所需增加的应 力越来越大; 第II阶段(AB段):应力-应变曲线接近与直线, 它的斜率即为岩石的弹性模量E,B点对应的应力 称为弹性极限或屈服应力;
从弹性状态开始第一次屈服的屈服条件称初始屈服条 件,他可以表示为:
Hale Waihona Puke f ij 0当产生了塑性变形,屈服条件的形式发生变化,此时 的屈服条件称后继屈服条件,他可以表示为:
f
ij
,
p ij
,
0
其中,
p ij
D p ijkl kl
p
ij
d
p ij
=
p
ij
d
p ij
p
p ij
第IV阶段(CD段):出现应力降低、应变增加的现象, 称为应变软化。
岩石单轴压缩试验表明:
(1)在塑性状态,弹塑性材料具有历史相关性或路径 相关性,这使得本构方程的表述要比非线性弹性复杂;
(2)岩石体积应变和平均压力之间不是线性的,岩石 体积应变既有静水压力作用下的压缩体积应变,又有 受剪引起的塑性体积应变。在硬化阶段,压缩体积应 变是主要的,表现为岩石的体积压缩。而在软化阶段, 岩石的塑性体积应变不断增大,岩石体积膨胀,称为 剪胀现象;
ij
=
1+vs Es
ij
vs Es
kkij
和 ij
K
s
2 3
Gs
kk ij
2Gs sij
式中:Es是材料的割线杨氏模量;vs是割线泊松比;

岩石本构模型.

岩石本构模型.

岩石材料本构模型建立方法一、岩石本构模型的定义岩石本构关系是指岩石在外力作用下应力或应力速率与其应变或应变速率的关系。

岩石变形性质为弹塑性或粘弹塑性变形,变形性质主要通过本构关系来反映,本构关系,即研究弹塑性或粘弹塑性本构关系。

岩石是一种非均匀的各向异性的材料,内含微裂纹,有时还有宏观的缺陷如裂纹、空穴、甚至节理等。

对这些缺陷存在且材料对缺陷敏感时往往容易发生事故。

脆性材料不同于韧性材料,对缺陷十分敏感。

由于岩石结构非均质和非连续的复杂性,到目前为止,还没有一个统一成熟的岩石力学本构关系。

研究岩石本构关系的方法,概括起来主要有以下两种:(1)唯象学方法①用实验或断裂理论研究岩石的破坏准则。

其基本点是假设在强度极限以前岩石本构关系可以近似用线性关系描述;②塑性力学,流变力学及损伤力学方法。

塑性力学有经典和广义塑性力学两部分。

经典塑性力学理论主要适用于金属材料,广义塑性理论适用于岩石材料。

内时理论和流变力学在描述岩石时效方面的特性中发挥重要作用。

损伤力学是以微观裂纹为出发点来深入研究介质的力学形态,及基础是内变量理论。

(2)物理力学机理方面岩石在初始状态下呈现微观缺陷,在本构理论中必须考虑其影响。

依据一定的细观或微观力学机理,建立细观或微观力学模型,并借助于一定的宏观力学方法以建立宏观本构关系。

建立岩石本构关系一般通过两个途径:①利用岩石单轴或三轴试验获得的应力应变曲线,通过数理统计的回归方法建立本构方程;②在实验观察的基础上,提出某种基本假设,从而建立一个力学模型,并推导出相应的本构方程。

二、岩石的本构关系分类本构关系分类以下三类:①弹性本构关系:线性弹性、非线性弹性本构关系。

②弹塑性本构关系:各向同性、各向异性本构关系。

③流变本构关系:岩石产生流变时的本构关系。

流变性是指如果外界条件不变,应变或应力随时间而变化的性质。

2.1 岩石弹性本构关系1. 平面弹性本构关系2. 空间问题弹性本构关系2.2 岩石塑性本构关系塑性状态时,应力-应变关系是多值的,取决于材料性质和加-卸载历史。

岩石动力学特征、含损伤本构模型及破坏机理研究

岩石动力学特征、含损伤本构模型及破坏机理研究

岩石动力学特征、含损伤本构模型及破坏机理研究一、引言岩石是地球地壳的重要组成部分,其力学性质和破坏机理对地质工程和岩土工程具有重要影响。

岩石动力学特征、含损伤本构模型及破坏机理的研究,不仅对工程设计和施工具有指导意义,也对地质灾害预测和防治具有重要意义。

本文将从岩石的动力学特征入手,探讨其损伤本构模型和破坏机理,为岩石力学的研究提供一些思路和方法。

二、岩石的动力学特征1.岩石的基本性质岩石作为地壳的固态材料,具有一定的物理性质和化学成分。

其物理性质包括密度、孔隙度、饱和度等,化学成分则影响岩石的力学性质和破坏特征。

同时,岩石的结构、晶体排列和裂纹分布也是其动力学特征的重要组成部分。

2.岩石的动力学参数岩石在受力作用下会产生应力和应变,这些动力学参数对岩石的力学性质和破坏机理具有重要影响。

岩石的弹性模量、剪切模量、泊松比等参数是其动力学特征的重要指标,通过实验测试和数值模拟可以获得这些参数,为岩石力学研究提供了基础数据。

三、含损伤本构模型1.损伤本构模型的概念损伤本构模型是描述岩石在受力过程中损伤演化和力学行为的数学模型。

其基本思想是将岩石的承载能力随损伤参数的增加而减小,从而描述岩石的破坏过程。

损伤本构模型是岩石力学研究的重要理论工具,为分析岩石的变形和破坏提供了重要思路。

2.典型的损伤本构模型目前常用的损伤本构模型包括Mohr-Coulomb损伤模型、Drucker-Prager损伤模型、Hoek-Brown损伤模型等。

这些模型都是基于损伤力学和弹塑性理论发展而来,通过引入损伤参数描述岩石的力学性质和破坏行为,为工程实践和科学研究提供了重要的参考。

四、岩石的破坏机理1.岩石的破坏形式岩石在受到外力作用下会出现不同形式的破坏,包括拉裂破坏、压碎破坏、剪切破坏等。

不同形式的破坏对岩石的力学性质和稳定性具有不同影响,因此破坏形式的研究是岩石力学研究的重要内容。

2.破坏机理的研究岩石的破坏机理是岩石力学研究的核心问题,不同的岩石类型和受力条件下会出现不同的破坏机理。

冲击荷载作用下岩石压动态和拉动态损伤模型简

冲击荷载作用下岩石压动态和拉动态损伤模型简

冲击荷载作用下岩石压动态和拉动态损伤模型简介绍岩石是一种具有复杂结构和性质的材料,其在地质工程中的应用非常广泛。

在地质工程中,岩石常常承受各种荷载作用,其中冲击荷载是一种非常重要的荷载形式。

冲击荷载作用下,岩石会发生动态和拉动态损伤,这对于岩石的工程应用和安全评估具有重要意义。

岩石动态损伤模型岩石动态损伤模型是描述岩石在冲击荷载作用下动态响应和损伤演化的数学模型。

岩石动态损伤模型的研究是岩石动力学领域的重要研究方向之一。

目前,岩石动态损伤模型主要包括本构模型和损伤模型两个方面。

本构模型是描述岩石在冲击荷载作用下的应力应变关系的数学模型。

常用的本构模型包括线性弹性模型、非线性弹性模型、弹塑性模型、本构损伤模型等。

其中,本构损伤模型是一种能够描述岩石在冲击荷载作用下动态响应和损伤演化的本构模型,其能够考虑岩石的非线性、非弹性和损伤特性,是目前研究岩石动态响应和损伤演化的主要数学模型之一。

损伤模型是描述岩石在冲击荷载作用下损伤演化的数学模型。

常用的损伤模型包括线性损伤模型、非线性损伤模型、本构损伤模型等。

其中,本构损伤模型是一种能够描述岩石在冲击荷载作用下动态响应和损伤演化的损伤模型,其能够考虑岩石的非线性、非弹性和损伤特性,是目前研究岩石动态响应和损伤演化的主要数学模型之一。

岩石拉动态损伤模型岩石拉动态损伤模型是描述岩石在拉伸荷载作用下动态响应和损伤演化的数学模型。

岩石拉动态损伤模型的研究是岩石动力学领域的重要研究方向之一。

目前,岩石拉动态损伤模型主要包括本构模型和损伤模型两个方面。

本构模型是描述岩石在拉伸荷载作用下的应力应变关系的数学模型。

常用的本构模型包括线性弹性模型、非线性弹性模型、弹塑性模型、本构损伤模型等。

其中,本构损伤模型是一种能够描述岩石在拉伸荷载作用下动态响应和损伤演化的本构模型,其能够考虑岩石的非线性、非弹性和损伤特性,是目前研究岩石动态响应和损伤演化的主要数学模型之一。

损伤模型是描述岩石在拉伸荷载作用下损伤演化的数学模型。

岩土材料弹塑性损伤模型及变形局部化分析

岩土材料弹塑性损伤模型及变形局部化分析

第23卷第21期岩石力学与工程学报23(21):3577~3583 2004年11月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Nov.,2004岩土材料弹塑性损伤模型及变形局部化分析*杨强陈新周维垣(清华大学水利水电工程系北京 100084)摘要常规的弹塑性模型由于没有考虑到损伤和塑性的耦合作用,难以模拟破坏时由于内部损伤的累积导致的变形局部化剪切带的形成过程,因而,不能很好地反映实际结构的细观破坏机理。

作者采用一种宏细观结合的思路,基于细观损伤力学提出了一个适用于岩土材料弹塑性损伤模型,研究均质材料在外部环境作用下由于损伤和塑性的耦合导致的局部化剪切带的形成过程。

对基体材料服从Drucker-Prager准则的球形孔洞体胞单元提出了一个塑性损伤屈服面,为了反映岩土材料在拉应力和压应力作用下不同的孔洞形成机理,分别采用了球形拉应力和塑性应变的成核机制来建立孔隙率的演化方程,根据塑性损伤屈服面和孔隙率的演化方程,导出了关联流动法则下的岩土材料塑性损伤本构方程。

将笔者提出的岩土材料弹塑性损伤模型,通过用户子程序嵌入到大型商业有限元软件MRAC中。

为了研究塑性和损伤的耦合作用,分别采用Gurson弹塑性损伤模型和Mises弹塑性模型,对Tvergaard 关于自由表面有周期性分布微小形状缺陷的半无限大板在平面应变拉伸作用下剪切带的形成进行了数值模拟,计算结果表明弹塑性损伤本构模型在模拟变形局部化方面具有明显的优势。

采用作者提出的岩土材料弹塑性损伤模型,对平面应力条件下有一个缺陷单元的均质岩土材料单轴受压试件的局部化剪切破坏进行了数值模拟。

关键词岩土力学,岩土材料,体积孔隙率,Drucker-Prager准则,成核机制分类号 TU 452 文献标识码 A 文章编号1000-6915(2004)21-3577-07ELASTO-PLASTIC DAMAGE MODEL FOR GEOMATERIALSAND STRAIN LOCALIZAION ANALYSESYang Qiang,Chen Xin,Zhou Weiyuan(Department of Hydraulic and Hydropower Engineering,Tsinghua University, Beijing 100084 China)Abstract Elasto-plastic models can not explain the micro mechanism of shear band formation caused by damage evolution in ductile material due to the neglecting of the interaction between damage and plastic flow. An elasto-plastic damage model for geo-materials based on micromechanics is proposed and the micro mechanism of shear band formation in homogeneous geo-material is studied. A macroscopic yield criterion for porous geo-materials with matrices of Drucker-Prager yield criterion is given,and a plastic strain-controlled void nucleation model as well as a tensile volumetric stress-controlled nucleation model are proposed for the compressive and tensile stresses,respectively. Moreover,the constitutive relationship of the elasto-plastic damage model with plastic normality flow rule is deduced. This elasto-plastic damage model for geo-materials is embeded into the commercial FEM software MARC as a user’s subroutine. A tensile plane strain specimen with initial shape imperfection on its upper bound which was first analyzed by Tvergaard is investigated through the elasto-plastic damage model and Mises elasto-plastic model,respectively. It is shown that the shear band development is only found in Gurson elasto-plastic damage model. Shear band formation due to void nucleation and growth in a plane stress specimen of homogeneous geo-material with one defect element subjected to uniaxial compression is 2003年12月8日收到初稿,2004年2月8日收到修改稿。

岩土类材料弹塑性力学模型及本构方程

岩土类材料弹塑性力学模型及本构方程

岩土类材料的弹塑性力学模型及本构方程摘要:本文主要结合岩土类材料的特性,开展研究其在受力变形过程中的弹性及塑性变形的特点,描述简化的力学模型特征及对应的适用条件,同时在分析研究其弹塑性力学模型的基础上,探究了关于岩土类介质材料的各种本构模型,如M-C、D-P、Cam、D-C、L-D及节理材料模型等,分析对应使用条件,特点及公式,从而推广到不同的材料本构模型的研究,为弹塑性理论更好的延伸发展做一定的参考性。

关键词:岩土类材料,弹塑性力学模型,本构方程不同的固体材料,力学性质各不相同。

即便是同一种固体材料,在不同的物理环境和受力状态中,所测得的反映其力学性质的应力应变曲线也各不相同。

尽管材料力学性质复杂多变,但仍是有规律可循的,也就是说可将各种反映材料力学性质的应力应变曲线,进行分析归类并加以总结,从而提出相应的变形体力学模型。

第一章岩土类材料地质工程或采掘工程中的岩土、煤炭、土壤,结构工程中的混凝土、石料,以及工业陶瓷等,将这些材料统称为岩土材料。

岩土塑性力学与传统塑性力学的区别在于岩土类材料和金属材料具有不同的力学特性。

岩土类材料是颗粒组成的多相体,而金属材料是人工形成的晶体材料。

正是由于不同的材料特性决定了岩土类材料和金属材料的不同性质。

归纳起来,岩土材料有3点基本特性:1.摩擦特性。

2.多相特性。

3.双强度特性。

另外岩土还有其特殊的力学性质:1.岩土的压硬性,2.岩土材料的等压屈服特性与剪胀性,3.岩土材料的硬化与软化特性。

4.土体的塑性变形依赖于应力路径。

对于岩土类等固体材料往往在受力变形的过程中,产生的弹性及塑性变形具备相应的特点,物体本身的结构以及所加外力的荷载、环境和温度等因素作用,常使得固体物体在变形过程中具备如下的特点。

固体材料弹性变形具有以下特点:(1)弹性变形是可逆的。

物体在变形过程中,外力所做的功以能量(应变能)的形式贮存在物体内,当卸载时,弹性应变能将全部释放出来,物体的变形得以完全恢复; (2)无论材料是处于单向应力状态,还是复杂应力状态,在线弹性变形阶段,应力和应变成线性比例关系;(3)对材料加载或卸载,其应力应变曲线路径相同。

模拟岩土层变损伤交互关系研究

模拟岩土层变损伤交互关系研究

模拟岩土层变损伤交互关系研究岩土层变损伤是指岩石和土壤在外力作用下的破坏和变形过程。

研究岩土层变损伤交互关系对于工程建设和自然灾害防治具有重要意义。

通过模拟岩土层的变损伤行为,我将在本文中探讨其交互关系。

在岩土工程中,变损伤是一个非常复杂的过程。

岩土层受到外力作用后,会发生不同程度的变形和破坏。

这种变形和破坏分为弹性阶段、塑性阶段和破坏阶段。

弹性阶段中,岩土层的变形是完全可逆的。

随着应力的增加,岩土层进入塑性阶段,在该阶段中,变形变得不可逆,但岩土层仍然能够承受一定的外力。

破坏阶段是指当岩土层的强度达到或超过其承受能力时,出现破坏现象,岩土层无法再承受有效外力,丧失工程能力。

为了模拟岩土层变损伤行为,使用连续介质力学和离散元方法等数值模拟方法进行研究。

连续介质力学将岩土层视为连续的弹塑性体,可以通过有限元法等数值方法进行模拟。

离散元方法将岩土层视为一系列微观粒子的集合,每个粒子之间有相应的连结关系,可以模拟岩土层的离散破裂行为。

在模拟岩土层变损伤交互关系的研究中,需要考虑以下几个方面:1. 材料模型选择:选择合适的材料模型对岩土层的变损伤行为进行模拟。

常用的材料模型包括弹性模型、弹塑性模型和本构模型等。

根据具体问题的需求,选择恰当的材料模型进行模拟。

2. 参数确定:确定材料模型的参数对于模拟结果的准确性至关重要。

通过实验或现场观测获得材料的力学参数,如弹性模量、剪切模量、内摩擦角等。

利用这些参数进行模拟,可以更加真实地反映岩土层的变损伤行为。

3. 边界条件设定:设定合理的边界条件是模拟岩土层变损伤交互关系的重要步骤。

边界条件的设定应考虑实际工程或地质条件,并与问题的研究目标相匹配。

4. 模型验证:模拟结果需要与实际观测数据进行验证,以确保模型的准确性和可靠性。

通过与实验室测试、现场观测或已知数据的对比,验证模拟结果的准确性。

5. 参数敏感性分析:对模型的敏感性进行分析能够揭示模型中不同参数对模拟结果的影响程度。

岩土类材料本构模型研究现状及发展趋势

岩土类材料本构模型研究现状及发展趋势

岩土类材料本构模型研究现状及发展趋势
岩土类材料本构模型的研究现状主要集中在以下几个方面:
1. 传统本构模型:目前岩土类材料常用的本构模型包括弹性模型、塑性模型和粘弹塑性模型等。

这些模型已经在岩土工程领域得到广泛应用,但仍存在一些不足之处,如无法精确描述材料的非线性行为、依赖于实验数据等。

2. 分子动力学模拟:近年来,随着计算机技术的发展,分子动力学模拟在岩土类材料本构模型研究中得到了广泛应用。

该方法基于分子尺度对材料的微观结构和性质进行研究,能够提供更准确的材料本构模型。

3. 非线性本构模型:针对岩土类材料的非线性行为,研究人员正在开发更精确的非线性本构模型。

这些模型能够考虑材料的强度、应变硬化、损伤以及温度等因素对材料行为的影响。

未来岩土类材料本构模型研究的发展趋势包括:
1. 多尺度本构模型:将不同尺度的模型进行耦合,从而提高模型的准确性和适用性。

例如,将分子动力学模拟结果与宏观本构模型相结合,以获得更准确的材料本构模型。

2. 数据驱动的本构模型:利用大数据和机器学习等技术,通过分析实验数据和观测数据来构建本构模型。

这种数据驱动的方法能够提高模型的预测能力和适用性。

3. 损伤模型:研究人员将更多注意力放在岩土材料的损伤行为研究上,以提高本构模型对材料失效的预测能力。

4. 特殊环境下的本构模型:考虑材料在特殊环境下的行为,如高温、低温、高压等条件下的应力应变关系。

总体来说,岩土类材料本构模型研究的发展趋势是朝着多尺度、数据驱动和考虑材料特殊环境影响的方向发展。

这将有助于提高模型的准确性和适用性,为岩土工程领域提供更科学、可靠的模型和方法。

周期荷载下岩石分数阶黏弹塑性本构模型研究

周期荷载下岩石分数阶黏弹塑性本构模型研究

第35卷第9期 2 0 1 8年8月长江科学院院报Journal of Yangtze River Scientific Research Institutey 〇1.35 No.9Sep. 2 0 18doi : 10.11988/ckyyb.201703332018,35(9):127-132,138周期荷载下岩石分数阶黏弹塑性本构模型研究刘汉卿、浦少云\刘西金2,陈泽南\李勤\郝至诚、李磊1(1•贵州大学土木工程学院,贵阳550025;2.北京交通大学基建与规划处,北京100044)摘要:为研究周期荷载下岩石疲劳变形特性,基于分数阶微积分构建分数阶黏壶,将分数阶黏壶替换西原模型黏塑性体中的一般黏壶,并在西原模型中串联一个黏性元件,分别建立了可描述周期荷载下岩石变形规律的一维和 三维分数阶黏弹塑性本构模型。

在高动应力状态下,模型为反映岩石减速、等速、加速3个变形阶段变形规律的岩 石分数阶黏弹塑性疲劳本构模型;反之,则为反映岩石减速、加速变形规律的Burgers 模型。

对既有的岩石疲劳试验结果拟合表明:基于分数阶黏弹塑性模型所建立的岩石疲劳本构方程可较好地描述周期荷载下岩石各种变形特 征,拟合系数在0.96以上。

研究成果可丰富岩石力学理论,为相关研究提供参考。

关键词:岩石力学;周期荷载;分数阶黏壶;Burgers 模型;黏弹塑性;疲劳变形 中图分类号:TU45 文献标志码:A 文章编号= 1001-5485 (2018) 09-0127-061研究背景在工程地质和岩土工程领域中,经常会涉及周 期荷载下岩体变形问题,如采动应力下煤矿井中煤 壁、抽水蓄能电站上下游库水位的周期性变动、交通 隧道及地震荷载下的地基岩体等。

长期周期荷载作 用下岩体强度会降低而破坏,造成工程事故。

因此, 开展周期荷载下岩石的变形特性研究具有一定的理 论价值和实用意义。

目前,国内对周期荷载下岩石的变形特性的研 究主要为理论推导、模型计算、试验验证3个方面。

冲击荷载作用下岩石压动态和拉动态损伤模型简

冲击荷载作用下岩石压动态和拉动态损伤模型简

冲击荷载作用下岩石压动态和拉动态损伤模型简引言岩石在工程领域中扮演着重要的角色。

研究岩石在冲击荷载作用下的动态响应和损伤模型,对于岩石工程设计和工程安全具有重要意义。

本文将探讨冲击荷载作用下岩石压动态和拉动态损伤模型的相关内容。

岩石冲击荷载作用下的动态响应岩石在冲击荷载作用下会发生动态压缩和拉伸。

冲击荷载作用下的动态响应过程可以分为几个阶段:应变波传播阶段、动态压缩阶段、塑性流动阶段和动态破裂阶段。

应变波传播阶段当冲击荷载作用到岩石上时,会产生应力波和应变波的传播。

这些波动会导致岩石的变形和振动。

应变波的传播速度与岩石的物理性质及介质的性质有关。

动态压缩阶段在冲击荷载作用下,岩石会发生动态压缩。

此时,岩石内部的孔隙和裂隙会受到压缩,岩石的密度会增大,应力也会增大。

动态压缩过程中,岩石的体积减小,而密度增大。

塑性流动阶段当动态压缩达到一定程度时,岩石会进入塑性流动阶段。

此时,岩石的内部会发生塑性变形,断裂面开始出现,并伴随着岩石样品的破坏。

动态破裂阶段在塑性流动阶段的基础上,冲击荷载会进一步增大,导致岩石的动态破裂。

岩石样品会发生破裂、断裂,并产生大量细小的碎石。

岩石冲击荷载作用下的压动态损伤模型岩石在冲击荷载作用下的压动态响应过程中会出现损伤,因此需要建立损伤模型来描述岩石的动态损伤。

弹塑性模型在冲击荷载作用下,岩石会经历弹性变形和塑性变形。

弹塑性模型是一种常用的岩石动态损伤模型。

该模型将岩石的应力分解为弹性应力和塑性应力两部分,通过一组弹塑性本构方程来描述岩石的应力应变关系。

断裂模型冲击荷载作用下,岩石会发生破裂断裂。

断裂模型是用于描述岩石断裂行为的损伤模型。

常见的断裂模型有线弹性模型和弹塑性断裂模型等。

其中,弹塑性断裂模型更适用于描述岩石在冲击荷载下的动态断裂行为。

损伤参数模型冲击荷载作用下的岩石会发生不可逆损伤。

建立损伤参数模型能够描述岩石损伤程度与应力应变的关系。

损伤参数模型通常包括破碎损伤模型和非破碎损伤模型。

岩石的高温动态统计损伤本构模型研究_许金余

岩石的高温动态统计损伤本构模型研究_许金余

1


岩石的动态本构关系是分析岩体结构对动荷 载作用响应的基本参数, 一直是岩石力学研究的重 点与关键点之一。尤其是近些年来, 损伤理论的引
入为岩石动态本构模型的研究提供了一条有效的 [1 ~ 3 ] 。岩石动态损伤本构模型代表了岩石动 途径 [4 ] 态本构模型的最新水平和方向。Q. H. Zuo 等 在 细观损伤模型的基础之上, 将岩石类脆性材料的塑 性变形与材料的应变率建立联系, 构建了一个考虑
2
大理岩的高温动态压缩试验
100 ℃ 、 200 ℃ 、 试 验 温 度 设 置 为 25 ℃ 、 400 ℃ 、 600 ℃ 、 800 ℃ 和 1 000 ℃ 共 7 个温度等级, 12. 0 子弹冲击加载速率设计值分别为 11. 0 m / s、 m / s、 13. 0 m / s、 14. 0 m / s、 15. 0 m / s。 为了保证对 试件加温均匀, 以 10 ℃ / min 的速度升温, 到预定 3 h , 温度后保持恒温 以使试件内外温度一致, 制成 不同高温下的大理岩试件。 利用自行研制的高温 [12 ] 进行高温下大理岩 分离式霍普金森压杆设备 ,
aT6 +bT5 +cT4 +dT3 +eT2 +fT +g
性本构模型, 力学模型如图 1 所示。
图1 Fig. 1
考虑损伤的粘弹性本构模型
Damage viscoelastic constitutive model
其中, 并联组合体中损伤体的应变等于粘弹性 体的应变, 因而组合体的应变等于两个分体的应 变, 而应力等于两个分体的应力之和, 即: = ε = ε {ε σ = σ +σ
( )
岩石材料的损伤是由局部微元体的不断破坏 产生的, 设在某一级荷载作用下已破坏的微元体数 目为 n, 定义损伤变量 D 为岩石中已经破坏的微元 数目 n 与总微元数目 N 的比值, 在任意应变区间 [ , + d ] ε ε ε 内产生破坏的微元数目为 NP ( x ) dx, 当 加载使岩石材料达到某一应变 ε 时, 则有: n D = ( 2) N
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第30卷 增2岩石力学与工程学报 V ol.30 Supp.22011年9月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Sept.,2011收稿日期:2010–07–26;修回日期:2010–09–20基金项目:国家自然科学基金资助项目(40772183);陕西省自然科学基金资助项目(2009JQ5003);长安大学教育部重点实验室项目(CHD2009JC048) 作者简介:翟 越(1975–),男,博士,1999年毕业于西安建筑科技大学结构工程专业,现任副教授,主要从事强度理论及材料动态特性方面的教学与研究工作。

E-mail :zy@岩石类材料损伤黏弹塑性动态本构模型研究翟 越1,赵均海2,李寻昌1,任建成1(1. 长安大学 地质工程与测绘学院,陕西 西安 710054;2. 长安大学 建筑工程学院,陕西 西安 710061)摘要:针对岩石类材料的动态力学特性,基于损伤演化和元件模型理论,将岩石类材料视为由具有损伤特性、弹性特性、塑性特性及黏滞特性的非均质点组成,建立考虑损伤的黏弹塑性动态本构模型,并推导出本构方程的微分表达式。

将下山单纯形法嵌入自适应混合遗传算法中,编制反演分析程序,在岩石冲击试验数据的基础上,确定出损伤动态本构方程的待定特征参数。

利用确定出来的动态本构方程得到的再生应力–应变曲线与试验曲线之间有很好的一致性,从而可验证该损伤黏弹塑性动态本构方程的适用性。

关键词:岩石力学;岩石类材料;损伤黏弹塑性动态本构模型;元件模型理论;自适应混合遗传算法 中图分类号:TU 45 文献标识码:A 文章编号:1000–6915(2011)增2–3820–05STUDY OF DAMAGE VISCOELASTO-PLASTIC DYNAMICCONSTITUTIVE MODEL OF ROCK MATERIALSZHAI Yue 1,ZHAO Junhai 2,LI Xunchang 1,REN Jiancheng 1(1. School of Geological Engineering and Geomatics ,Chang ′an University ,Xi ′an ,Shaanxi710054,China ;2. School of Civil Engineering ,Chang ′an University ,Xi ′an ,Shaanxi710061,China )Abstract :For the dynamic mechanical properties of the rock materials ,based on the statistical damage theory and constitutive model theory ,the rock can be classified as a heterogeneous material which is made up of damage element ,elastic element ,plastic element and viscosity element. Consequently ,based on above theory ,the damage viscoelasto-plastic dynamic constitutive model of rock materials are constructed. Then ,based on the data of dynamic impact test of rock ,the characteristic parameters of dynamic constitutive functions of granite and concrete are ascertained by the inverse analysis method which is programmed by embedding the Nelder-Mead method in basic adaptive genetic algorithms by coding in real number. The result illustrate that stress-strain curve and experiment curve ,which are both come from dynamic constitutive model ,have a great consistency. Consequently ,the applicability of damage viscoelasto-plastic dynamic constitutive model has been verified. Key words :rock mechanics ;rock materials ;damage viscoelasto-plastic dynamic constitutive model ;constitutive model theory ;adaptive hybrid genetic algorithms1 引 言在动荷载作用下,岩石类材料的力学特性不仅表现出弹性和塑性,而且还有与时间相关的黏性,即率相关性。

对包含大量缺陷的脆性材料力学特性进行研究时,其内部损伤及其演化的影响必须考虑,尤其是在冲击加载情况下,损伤软化效应十分明显[1]。

因此,如何建立能同时考虑岩石类材料的应变率相关性和损伤演化的本构模型成为工程材料力学性能第30卷 增2 翟 越等:岩石类材料损伤黏弹塑性动态本构模型研究 • 3821 •研究的关键课题之一,F. D. Jean 等[2-6]对此已经进行了一些的试验研究和理论分析。

对已有研究成果进行比较分析发现,现有本构模型要么基于近似理论和假设,其中参数物理意义模糊;要么基于试验数据,模型过于复杂,参数确定起来很困难,同时这些模型都难以全面描述岩石在中高应变率荷载作用下,表现出来的非线性、塑性、损伤失效以及应变率相关性等综合响应特性。

另一方面,对于建立的岩石类材料动态本构模型,如何恰当地估计其中特征参数成为提高其适用性和可靠性的难题之一。

随着计算机技术在力学研究中的广泛应用和发展,在试验数据的基础上,采用反演分析方法可以有效地确定出材料的力学特征参数,从而能够使材料变形和受力的理论计算值与试验数据较好的一致,因此在岩石力学领域中取得了一些研究成果[7-10]。

本文在损伤演化和模型理论的研究基础上,针对岩石类材料的动力学特性,建立了能同时考虑应变率相关性和损伤弱化两大因素的岩石类材料损伤黏弹塑性动态本构模型。

该模型符合连续介质力学的基本原理,模型的数学表达式简明,待定参数较少。

本文通过编制混合自适应遗传算法的反演分析方法,在材料的试验研究成果基础上,有效地确定出本构方程的特征参数。

2 损伤黏弹塑性动态模型的建立本文采用C11000黄铜作为波形整形器的SHPB 系统,分别对花岗岩岩芯和细骨料混凝土制成的圆柱形试件进行了中高应变率下的单轴冲击压缩试验[10]。

试验研究结果表明,损伤软化效应和应变率硬化效应对岩石类材料的动态力学特性有很大的影响,建立动态本构模型时,应当给予充分的考虑。

本文将岩石类材料视为由具有损伤特性、弹性特性、塑性特性和黏滞特性的非均质点组成。

模型由一个代表统计损伤演化的损伤体D ,并联一个考虑黏弹性响应的Maxwell 体,再并联一个考虑弹塑性响应的圣维南体所组成,其动态模型结构如图1所示。

3组并联元件的基本特性和本构方程如下所述:(1) 损伤元件,假设损伤体在损伤之前是线弹性的,产生损伤后强度服从分布参数为()m a ,的Weibull 分布,其考虑损伤门槛值的统计损伤本构方程如下:D 0DE σε= D s ()σσ<(1a)图1 损伤黏弹塑性动态模型结构图Fig.1 Damage viscoelasto-plastic dynamic constitutive modelD s D 0D ()exp mE a εεσε−⎡⎤=−−⎢⎥⎣⎦D s ()σσ≥ (1b) 式中:s ε,s σ分别为岩石类材料发生损伤时的应变门槛值和应力门槛值;D σ为损伤应力;0E 为损伤元件的初始弹性模量。

(2) 马克斯威尔体(Maxwell),具有瞬时变形、等速蠕变和松弛的性质,其本构方程为M M M 1E σσεη=+&& (2) 式中:ε&,σ&分别为应变率和加载率;η为黏滞系数;1E 为马克斯威尔体的初始弹性模量。

(3) 圣维南体(St.Venant),代表理想弹塑性体,无蠕变、无松弛,无弹性后效,其本构方程为Sv 2Sv E σε= Sv s ()σσ′< (3a) s ε→∞ Sv (σ≥s )σ′ (3b) 式中:2E 为圣维南体的初始弹性模量,s σ′为材料的弹性极限。

从岩石类材料的应力–应变曲线可以看出,当应力大于弹性极限时,曲线表现出明显的非线性,由于脆性材料塑性变形能力很差,因此在影响不大的前提下,为了方便计算,本文近似地认为岩石类材料开始发生塑性变形时的弹性极限和发生损伤的应力门槛值是相等的,并且产生的时间也近似相同。

其值可通过试验曲线确定。

根据模型理论,由3组元件的串并联关系可知:M Sv D σσσσ=++ (4) M D Sv εεεε=== (5)将元件的本构方程分别代入式(4),可推导出图1所示的损伤黏弹塑性动态本构模型的微分方程数学表达式如下:0120211()E E E E E E E ησσεηε⎛⎞++=++−⎜⎟⎝⎠&& s ()σσ< (6a)• 3822 • 岩石力学与工程学报 2011年-10s 0s 11[()]1m E w a m wE aE E εεεησσεηεσ⎧⎫−−=++−+⎨⎬⎩⎭&&s ()σσ≥ (6b)式中:w 为Weibull 分布函数,可表示为s exp[()/]m w a εε= (6c)3 岩石类材料动态本构模型反演分析上述岩石类材料的损伤黏弹塑性动态本构方程中存在6个待定参数,分别为:3种元件的弹性模量E 0,E 1,E 2,分布系数a ,m ,以及黏滞系数η。

如果这些参数对于所研究的岩石类材料不能合理地确定出来,就无法有效地使用。

针对这种复杂的非线性多参数的辨识,本文将多元函数的下山单纯形法嵌入自适应遗传算法,建立了新型的混合算法。

该算法的自适应性主要表现在:杂交概率c P 和变异概率m P 分别在某区间随着个体适应度值大小而变化;基于下山法的局部搜索概率d p 随着遗传代数的增加而递减。

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