土的弹塑性本构模型参数计算方法
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。
混凝土和土的本构方程
混凝土和土的本构方程
对于混凝土，常见的本构方程包括弹性模量和材料的强度参数。
弹性模量描述了混凝土在受力后的变形特性，而强度参数则描述了
混凝土在承受外力时的抗压、抗拉等能力。
混凝土的本构方程可以
根据线弹性理论或者非线性本构理论来建立，以描述混凝土在不同
受力状态下的应力-应变关系。
对于土壤，本构方程通常包括土的压缩模量、剪切模量和抗剪
强度等参数。
土壤的本构方程可以根据弹性理论、弹塑性理论或者
其他土体力学理论来建立，以描述土壤在受力后的变形和破坏特性。
需要注意的是，混凝土和土的本构方程是复杂的数学模型，需
要考虑材料的非线性、各向异性、孔隙结构等因素。
因此，建立准
确的本构方程需要充分考虑材料的特性和受力情况，通常需要进行
大量的实验和数值模拟来确定参数和验证模型的准确性。
总的来说，混凝土和土的本构方程是土木工程和岩土工程中非
常重要的理论基础，对于预测材料的变形和破坏行为具有重要的意义。
建立准确的本构方程有助于工程设计和结构分析，能够提高工
程的安全性和可靠性。
基于能量耗散的土体本构关系及其参数确定
3
3.1
土的各向同性模型
耗散应力空间的屈服函数
p 线 CSL(d ε v = 0 )的方程为 π ′ = 0 ，也就是 τ 轴，如
图 1 所示。
3.2 模型参数之间的关系
p 若ψ 2 只依赖于塑性体积应变，ψ 2 = ψ 2 (dε v )， 为各向同性模型。此时只有体积迁移应力 ρ ′ ，剪切
作者简介：秦理曼(1977–)，女，2002 年毕业于华北水利水电学院水工结构专业，现为博士研究生，主要从事本构关系模型方面的研究工作。E-mail： qlmxx0@。
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岩石力学与工程学报
2005 年
础。 热力学第二定律是普遍适用的基本物理规律之 一。在本构关系的研究中，其控制材料变形中的能 量耗散。但是，这个定律却很少应用于土力学中， 直到最近才有了一些初步的尝试
第 24 卷
增 2
2005 年 11 月
岩石力学与工程学报 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering
Vol.24 Supp.2 Nov.，2005
基于能量耗散的土体本构关系 及其参数确定
秦理曼，迟世春，林 皋
(大连理工大学 土木水利学院及海岸与近海工程国家重点实验室，辽宁 大连 116024)
式中：A，B 均为具有应力量纲的函数。 根据量纲分析，A，B 可假设为应力变量 p′ ，q ′ 的一阶齐次函数，即 和 pc ′⎫ A = a1 p′ + a2 q + a3 pc (13) ⎬ ′⎭ B = b1 p′ + b2 q + b3 pc 式中：a1，a2，a3，b1，b2，b3 均为模型参数。这样 处理使模型在数学上不至于过分复杂，其参数易于 分析，而且能够描述较大范围的土体特性。 利用耗散增量函数 dφ ，得到耗散应力为
岩土工程中的弹塑性理论与分析技术
岩土工程中的弹塑性理论与分析技术岩土工程中的弹塑性理论与分析技术是研究岩土材料在受力作用下的弹性和塑性变形特性的理论和方法。
这些理论和技术在岩土工程设计、施工和监测中具有重要的应用价值。
本文将从弹塑性理论的基本概念、应用范围以及分析技术的具体方法等方面进行阐述。
弹塑性理论是研究岩土材料在受力作用下的弹性和塑性变形特性的理论。
弹性是指岩土材料在受力作用下能够恢复原状的能力，而塑性是指岩土材料在受力作用下会发生不可逆的变形。
弹塑性理论的基本假设是岩土材料在受力作用下是具有弹塑性的，并且可以通过一定的数学模型来描述其力学行为。
岩土工程中的弹塑性理论主要包括弹性理论、弹塑性理论和塑性理论。
弹性理论是最基本的弹塑性理论，它假设岩土材料在受力作用下只发生弹性变形，而不发生塑性变形。
弹塑性理论则是在弹性理论的基础上引入了塑性变形的概念，它假设岩土材料在受力作用下既可以发生弹性变形，也可以发生塑性变形。
塑性理论则是假设岩土材料在受力作用下只发生塑性变形，而不发生弹性变形。
在岩土工程中，弹塑性理论的应用范围非常广泛。
首先，弹塑性理论可以用于岩土工程设计中的荷载和变形计算。
通过建立合适的弹塑性模型，可以对岩土体在受力作用下的变形和破坏进行合理预测，从而指导工程设计和施工。
其次，弹塑性理论可以用于岩土体力学性质的试验研究。
通过对岩土体在不同应力状态下的弹塑性行为进行试验研究，可以获取岩土材料的力学参数，为岩土工程的设计和施工提供可靠的依据。
此外，弹塑性理论还可以用于岩土体的动力响应分析、岩土体的稳定性分析等方面。
在岩土工程中，弹塑性分析技术是基于弹塑性理论的具体计算方法。
弹塑性分析技术主要包括弹塑性有限元分析、弹塑性强度折减法、弹塑性反分析等方法。
弹塑性有限元分析是一种基于有限元法的弹塑性分析方法，通过建立合适的有限元模型和弹塑性本构关系，可以对岩土体在受力作用下的变形和破坏进行数值模拟。
弹塑性强度折减法是一种基于强度折减原理的弹塑性分析方法，通过将岩土体的强度参数按照一定的折减系数进行计算，可以对岩土体在受力作用下的变形和破坏进行估计。
土的弹塑性模型
土的弹塑性模型近年来，根据弹塑性理论建立的土的弹塑性模型发展很快，各国学者提出的弹塑性本构模型很多。
下面几节分别介绍剑桥模型，修正剑桥模型，Lade-Duncan 模型，以及清华模型的基本概念。
一．剑桥模型英国剑桥大学Roscoc 和他的同事（1958~1963）在正常固结粘土和超固结粘土试样的排水和不排水三轴试验的基础上，发展了Rendulic （1937）提出的饱和粘土有效应力和孔隙比成唯一关系的概念，提出完全状态边界面的思想。
他们假定土体是加工硬化材料，服从相关联流动规则，根据能量方程，建立剑桥模型。
剑桥模型从理论上阐明了土体弹塑性的变形特性，标志着土的本构理论发展新阶段的开始。
1.临界状态线和Roscoe 面各向等压固结过程中，孔隙比e 或比容()1e υυ=+与有效应力的关系可用下式表示：ln N p υλ'=-（1）式中N ——当 1.0p '=时的比容。
因此exp N p υλ-⎛⎫'= ⎪⎝⎭（2）（a）,p q ''平面（b）,ln p υ'平面图1临界状态线正常固结粘土排水和不排水三轴试验表明：它们有条共同的破坏轨迹，与排水条件无关。
破坏轨迹在,p q ''平面上是一条过原点的直线，在,ln p υ'平面上也是直线，目与正常固结线平行，分别如图（a）和（b〕所示。
破坏轨迹线可用下式表示：cs csq Mp '=（3）ln cs cs p υλ'=Γ-（4）式中CS ——表示临界状态；M——,p q''平面上临界状态线斜率；p'=时土体的比容；Γ—— 1.0csυ'平面上临界状态线斜率。
λ——,ln p一旦土体的应力路径到达这条线，土体就会发生塑性流动。
这时土体被认为处于临界状态，破坏轨迹被称为临界状态线。
临界状态线在,,''空间为一条空间曲线，如下图2所示。
岩土工程中的弹塑性理论与分析技术
岩土工程中的弹塑性理论与分析技术岩土工程是研究土体和岩石力学行为以及相关工程问题的学科。
在岩土工程中，土体和岩石常常会受到外力的作用，从而产生弹性变形和塑性变形。
弹性变形是指在加载或卸载外力后，土体和岩石能够恢复到原始形状的能力。
而塑性变形是指土体和岩石在加载或卸载外力后，无法完全恢复原始形状的能力。
为了研究土体和岩石在弹性和塑性阶段的力学特性，人们提出了弹塑性理论与分析技术。
弹塑性理论与分析技术是将弹性理论与塑性理论相结合，用于描述土体和岩石在受力过程中的力学行为。
弹塑性理论首先研究土体和岩石的弹性行为。
弹性是指土体和岩石在外力作用下，能够恢复到原始形状的能力。
弹性理论利用应力和应变的关系来描述土体和岩石的弹性行为。
常见的弹性理论有胡克定律、泊松比理论等。
这些理论可以用来计算土体和岩石的弹性应力、应变和变形。
然而，在实际的工程中，土体和岩石常常会出现塑性变形。
塑性变形是指土体和岩石在加载或卸载外力后，无法完全恢复原始形状的能力。
塑性行为涉及到土体和岩石内部颗粒的移动和变形，因此塑性变形的研究要比弹性变形复杂得多。
弹塑性理论与分析技术的目的就是要研究土体和岩石的弹塑性行为，并提供相应的分析方法。
弹塑性理论与分析技术的主要内容包括：1. 弹性塑性模型：弹塑性模型是描述土体和岩石在加载或卸载过程中的应力和应变关系的数学模型。
常见的模型有Cam-Clay模型、Mohr-Coulomb模型、Drucker-Prager模型等。
这些模型可以用来计算土体和岩石的应力应变状态，从而得到土体和岩石的强度参数和变形特性。
2.弹塑性本构关系：弹塑性本构关系是描述土体和岩石在受力过程中力学行为的数学方程。
本构关系可以用来计算土体和岩石的应力、应变和变形。
常见的本构关系有弹性本构关系、弹塑性本构关系等。
这些本构关系可以用来计算土体和岩石的弹性和塑性变形。
3.弹塑性分析方法：弹塑性分析方法可以用来计算土体和岩石的应力、应变和变形。
第4章 弹塑性本构方程
典型的本构关系模型
4-3-1 双曲线（邓肯-张）模型
它属于数学模型的范畴。即它以数学 上的双曲线来模拟土等材料的应力应 变关系曲线并以此进行应力和应变分 析的。由于这种模型是由邓肯和张两 人所提出，所以也叫邓肯-张模型，有 时简称D C模型。
a b
4-3-2 Drucker-Prager模型(D-P模型)
在F点之前，试件处于均匀应变 状态，到达F点后，试件开始出现 颈缩现象。如果再继续加载则变形 将主要集中于颈缩区进行，F点对应 的应力是材料强化阶段的最大应力， 称为强度极限，用 b 表示。
判定物体中某一点是否由弹性状态 转变到塑性状态，必然要满足一定 的条件（或判据），这一条件就称 为屈服条件。在分析物体的塑性变 形时，材料的屈服条件是非常重要 的关系式。
第4章 弹塑性本构方程
§4-1 典型金属材料
曲线分析
大量实验证明，应力和应变之间的 关系是相辅相成的，有应力就会有 应变，而有应变就会有应力。
对于每一种具体的固体材料，在一 定的条件下，应力和应变之间有着 确定的关系，这种关系反映了材料 客观固有的特性。下面以典型的金 属材料低碳钢轴向拉伸试验所得的 应力应变曲线为例来说明。
§4-5 世界上最常用岩土本构模型及土 本构模型剖析
◆
世界上最常用的土本构模型
1.概述 土作为天然地质材料在组成及构 造上呈现出高度的各向异性、非 均质性、非连续性和随机性,在 力学性能上表现出强烈的非线性、 非弹性和粘滞性,土的本构模型 就是反映这些力学性态的数学表 达式。
一般认为,一个合理的土的本构 模型应该具备理论上的严格性、 参数上的易确定性和计算机实现 的可能性。自Roscoe等创建剑桥 模型至今,各国学者已发展数百 个土的本构模型。
第四章 土的弹性模型
第四章土的弹性模型4.1引言除渗流问题外，土力学问题可分为两大类，变形问题和稳定问题。
经典土力学在变形计算中本构模型采用线性弹性模型，即广义虎克定律，在稳定分析中采用刚塑性模型。
计算机，计算方法和土工测试技术的发展，为运用较复杂的应力应变关系分析工程问题提供了可能性。
在工程实践的推动下，土的本构理论研究近二十余年来得到了迅速的发展。
实际工程中土的应力-应变关系是很复杂的，具有非线性，弹塑性，粘塑性，剪胀性，各向异性等性状，同时应力路径，强度发挥度以及土的组成、结构、状态和温度等均对其有影响。
事实上，没有任何一种模型能考虑所有这些影响因素，也没有任何一种模型能够适用于所有土类和加载情况。
土的本构理论研究目前有两种倾向，一种是为了建立用于解决实际工程问题的实用模型，另一种是为了进一步揭示土体某些应力应变特性的内在规律比较精细的理论模型。
众所周知，在测定土的参数的室内外试验中，取土和运输过程中对土样的扰动，试验边界条件和实际工程中的差异，以及取样的代表性等造成的误差使得通过试验难以测定精细模型的所需测定的参数。
另外，应用精细模型的计算方法还有待进一步研究。
鉴于上述两方面原因，比较实用的方法是结合具体工程选用既能考虑影响应力应变关系的主要因素，又能在参数的确定和计算方法的处理上均不太复杂的简化模型。
对不同类别的土，对不同类型的岩土工程问题，分别建立不同的工程实用模型。
土的本构模型大体上可分为弹性模型、弹塑性模型、粘弹塑性模型、内时塑性模型以及损伤模型等几类。
本章简要介绍弹性模型，其它类型的本构模型在以后几章中陆续加以介绍。
弹性模型中最简单的是线性弹性模型。
为了考虑土体变形性状的非线性、各向异性以及非均质性，人们采用拟合试验曲线法，例如用双曲线函数、样条函数等拟合实验曲线，应用变模量的概念对线性模型进行修正。
提出的各种弹性模型相互间关系如图4-1所示。
非线性弹性模型也可以分为三类；Cauchy弹性模型、超弹性模型（hy-perelastic model）和次弹性模型（hypoelastic model）。
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。
一般力学与力学基础的弹塑性分析方法
一般力学与力学基础的弹塑性分析方法弹塑性分析方法是一般力学和力学基础中重要的研究领域之一。
本文将介绍弹塑性分析方法的基本概念、应用领域以及常用的数学模型和计算方法。
一、弹塑性分析方法的基本概念弹塑性分析方法是一种综合运用弹性力学和塑性力学理论的方法，用于描述材料在外力作用下的弹性变形和塑性变形过程。
在弹塑性分析中，材料会先发生弹性变形，当应力达到一定临界值时，开始发生塑性变形。
弹塑性分析方法可以更准确地预测材料的变形和破坏行为。
二、弹塑性分析方法的应用领域弹塑性分析方法广泛应用于工程结构、土力学、岩石力学等领域。
例如，在工程结构的设计中，使用弹塑性分析方法可以预测结构在外载荷作用下的变形和破坏行为，从而确定结构的合理尺寸和材料强度要求。
在土力学和岩石力学中，弹塑性分析方法可以用于预测土体和岩石的变形和破坏特性，为工程施工和地质灾害的预测提供依据。
三、弹塑性分析的数学模型弹塑性分析方法使用了多种数学模型来描述材料的力学行为。
其中常用的模型包括线性弹性模型、单一参数塑性模型和本构模型等。
1. 线性弹性模型：线性弹性模型假设材料的应力与应变之间呈线性关系，常用于描述小应变范围内的材料行为。
2. 单一参数塑性模型：单一参数塑性模型假设材料的塑性行为由一个参数来描述，常用于描述中等应变范围内的材料行为。
3. 本构模型：本构模型是更为复杂的数学模型，可用于描述广泛的材料行为。
常见的本构模型包括弹塑性本构模型、弹塑性本构模型、弹粘塑性本构模型等。
四、弹塑性分析的计算方法弹塑性分析方法使用了多种计算方法来求解材料的变形和应力分布。
其中常用的计算方法包括有限元法、边界元法和等。
这些方法可以将实际结构离散成有限个子区域，通过求解子区域的变形和应力，得到整个结构的变形和应力分布。
这些计算方法具有高精度和较强的通用性，广泛应用于工程和科学研究领域。
综上所述，弹塑性分析方法是一般力学和力学基础中重要的研究领域，用于描述材料在外力作用下的弹性变形和塑性变形过程。
p-y曲线计算方法
p-y曲线计算方法P-Y曲线是用于描述土壤-桩相互作用的一种理论模型，常用于桩基设计和分析。
下面我将从多个角度全面介绍P-Y曲线的计算方法。
1. 理论背景：P-Y曲线是基于弹塑性理论和土力学原理建立的。
它描述了土壤对桩侧面的反力（P）与桩侧位移（Y）之间的关系。
P-Y曲线的计算方法基于土壤的本构关系和桩的刚度。
2. 桩的刚度计算：桩的刚度可以通过弹性理论计算得到。
常用的方法有刚度矩阵法和有限元法。
这些方法可以考虑桩的几何形状、材料性质和截面特性等因素，从而得到桩的刚度参数。
3. 土壤的本构模型：土壤的本构模型描述了土壤的应力-应变关系。
常用的本构模型有弹性模型、弹塑性模型和塑性模型等。
在P-Y曲线计算中，常用的本构模型包括弹性模型、弹塑性模型和双曲线模型等。
4. P-Y曲线计算方法：P-Y曲线的计算方法可以分为两个步骤，首先是计算土壤对桩的反力；然后是根据反力-位移关系绘制P-Y曲线。
计算土壤对桩的反力：根据土壤的本构模型和桩的刚度，可以计算出桩侧面土壤对桩的反力。
常用的方法有有限差分法、有限元法和经验公式等。
这些方法考虑了土壤的非线性特性和桩的刚度。
绘制P-Y曲线：根据计算得到的土壤反力和相应的桩侧位移，可以绘制P-Y曲线。
通常，P-Y曲线是根据离散的数据点进行插值得到的。
插值方法可以是线性插值、二次插值或三次样条插值等。
5. 参数的确定：P-Y曲线的计算还需要确定一些参数，包括土壤的抗剪强度参数、桩的几何和材料参数等。
这些参数可以通过现场试验、实验室试验或经验公式等方法获取。
总结起来，P-Y曲线的计算方法包括桩的刚度计算、土壤的本构模型、计算土壤反力、绘制P-Y曲线以及确定参数等步骤。
这些方法的选择和具体计算过程会根据实际情况和设计要求的不同而有所差异。
岩土弹塑性模型的回映算法及ABAQUS子程序开发
岩土弹塑性模型的回映算法及ABAQUS子程序开发郭德伟【摘要】有限元法被广泛应用于各类岩土工程的数值分析中。
为工程的过程分析和方案优化提供必要的计算支持。
但岩土材料大多是弹塑性体，在进行有限元分析时，需要采用迭代方法对本构模型进行积分计算，以求出与实际边值问题相适应的应力场和位移场。
一个优良的迭代方法可以加快数值收敛，得到更精确的计算成果。
文章在前人的研究基础上，采用回映算法的数学原理，推导了岩土材料理想弹塑性模型有限元法的一般数值格式，并且将其应用于常用的D—P模型中，在ABAQUS有限元程序上进行了UMAT的二次开发。
最后用一个数值算例验证了迭代算法的正确性。
【期刊名称】《四川建筑》【年(卷),期】2012(032)006【总页数】3页(P64-66)【关键词】弹塑性模型;回映算法;D—P模型;UMAT子程序【作者】郭德伟【作者单位】中国土木工程集团有限公司,北京100038【正文语种】中文【中图分类】TU432数值分析是岩土工程中最重要的分析手段之一，为岩土工程的设计和建设提供极大的计算支持，因此，愈来愈受到工程界的重视和应用。
岩土工程弹塑性分析的难点之一是岩土材料非线性弹塑性本构模型在计算机上的程序化，这需要对本构方程进行积分，以便得到新的应力增量。
在复杂的应力路径加载条件下，很难给出材料(包括岩土材料)弹塑性应力增量的显示积分解析式，而只能进行数值积分，在过去的数十年，在这方面有大量的文献报道［1－8］。
这些文献报道的方法大致分为两类:显示积分方法［1－2］和隐式向后欧拉算法［3－8］。
隐式向后欧拉算法最早由 Krieg 等人提出［3］，经过发展，目前已成为应用最广的算法。
岩土类材料大多为遵循Mohr－Coulomb屈服准则，在主应力空间内其π平面(偏平面)内的屈服函数和塑性势函数的迹线存在不光滑的角点，在这些点上，这两个函数的导数存在不连续的情况，将会造成数值计算的角点奇异。
在处理角点处导数不连续的问题时，Clausen 和 Damkilde［4－6］做了卓有成效的研究工作。
高等土力学02土的本构关系
3 oct
主应力空间与平面
第二章 土的本构关系
2.2 应力和应变 – 应力
仁者乐山 智者乐水
1 R
A
RQ：和之间 与2垂直
： PQ和RQ之间的夹角， 以PQ起逆时针为正
tg 2 2 1 3 3 ( 1 3 ) 3 2b 1 3
x2 x2
x1
x1 x 3
x3
i k ， jl 与为新和原坐标系轴夹角的余弦
其中，a11=cos ，a12=cos ， a13=cos
主应力：1，2，3在三个剪应力为零方向上的正应力
应力张量的坐标转换与主应力
第二章 土的本构关系
2.2 应力和应变 – 应力
• 剪应力q：平面上到Q距离PQ
• 洛德角：平面上的角度
三个独立的应力参数P、q和可以确 定应力点P在应力空间的位置
常用的三个应力不变量
第二章 土的本构关系
2.2 应力和应变 – 应力
仁者乐山 智者乐水
三轴应力状态： 3
• 平均主应力 • 广义剪应力
1 1 p (1 2 3 ) (1 23 ) 3 3
第二章 土的本构关系
2.2 应力和应变 – 应力
仁者乐山 智者乐水
6个独立变量用 矩阵表示，常用 于数值计算
x y z ＝ xy yz zx
应力分量与应力张量
第二章 土的本构关系
2.2 应力和应变 – 应力
球应力张量与偏应力张量
第二章 土的本构关系
2.2 应力和应变 – 应力
仁者乐山 智者乐水
z
C 等倾面
3 2
z
混凝土弹塑性损伤本构模型研究_基本公式
·15 ·
应问题 , 但仍然难以给出合理 、有效的混凝土多维本 构关系 。问题的关键在于难以确立理论上合理 、与试 验吻合较好的损伤准则及相应的损伤演化法则 。
按照不可逆热力学的基本原理 , 应该采用与损伤 变量功共轭的热力学广义力 ———损伤能释放率建立损 伤准则[4～7] 。然而 , 此类损伤本构模型在多维应力状 态下的分析结果均与试验数据存在相当的差距 。为吻 合试验结果 , 部分损伤本构模型[8～12] 不得不放弃上 述热力学基础 , 而采用依据经验给定损伤准则的方 法。
不同 ; 荷载反向后受拉裂缝闭合导致材料刚度全部或 部分恢复 ; (2) 峰值应力后存在明显的刚度退化和强 度软化 ; (3) 双轴受压应力状态时材料强度和延性明 显增大 ; 双轴拉压应力下受压强度降低[1] (即所谓的 拉压软化效应[2]) ; (4) 超过一定阀值后 , 完全卸载 后存在不可恢复变形等 。
采用损伤力学的基本观点研究混凝土本构关系 , 有助于正确理解与反映混凝土材料的上述非线性特 性 。研究表明[3] , 经典的单标量损伤本构模型很难准 确地描述单边效应和混凝土多维本构关系 。采用合理 的双标量损伤变量虽可以较为有效地解决上述单边效
第 38 卷 第 9 期
李 杰等·混凝土弹塑性损伤本构模型研究
基于上述事实 , 在不考虑高静水压力导致的应变 强化的前提下 , 混凝土材料的损伤和破坏主要源于两 种不同的微观物理机制 , 即受拉损伤和受剪损伤机 制 。并可以采用受拉损伤变量 d + 和受剪损伤变量 d 来描述上述两种基本机制对材料宏观力学性能的影
结构静力弹塑性分析的原理和计算实例
结构静力弹塑性分析的原理和计算实例一、本文概述结构静力弹塑性分析是一种重要的工程分析方法，用于评估结构在静力作用下的弹塑性行为。
该方法结合了弹性力学、塑性力学和有限元分析技术，能够有效地预测结构在静力加载过程中的变形、应力分布以及破坏模式。
本文将对结构静力弹塑性分析的基本原理进行详细介绍，并通过计算实例来展示其在实际工程中的应用。
通过本文的阅读，读者可以深入了解结构静力弹塑性分析的基本概念、分析流程和方法，掌握其在工程实践中的应用技巧，为解决实际工程问题提供有力支持。
二、弹塑性理论基础弹塑性分析是结构力学的一个重要分支，它主要关注材料在受力过程中同时发生弹性变形和塑性变形的情况。
在弹塑性分析中，材料的应力-应变关系不再是线性的，而是呈现出非线性特性。
当材料受到的应力超过其弹性极限时，材料将发生塑性变形，这种变形在卸载后不能完全恢复，从而导致结构的永久变形。
弹塑性分析的理论基础主要包括塑性力学、塑性理论和弹塑性本构关系。
塑性力学主要研究塑性变形的产生、发展和终止的规律，它涉及到塑性流动、塑性硬化和塑性屈服等概念。
塑性理论则通过引入屈服函数、硬化法则和流动法则等，描述了材料在塑性变形过程中的应力-应变关系。
弹塑性本构关系则综合考虑了材料的弹性和塑性变形行为，建立了应力、应变和应变率之间的关系。
在结构静力弹塑性分析中，通常需要先确定材料的弹塑性本构模型，然后结合结构的边界条件和受力情况，建立结构的弹塑性平衡方程。
通过求解这个平衡方程，可以得到结构在静力作用下的弹塑性变形和应力分布。
弹塑性分析在结构工程中有着广泛的应用，特别是在评估结构的承载能力、变形性能和抗震性能等方面。
通过弹塑性分析，可以更加准确地预测结构在极端荷载作用下的响应，为结构设计和加固提供科学依据。
以上即为弹塑性理论基础的主要内容，它为我们提供了分析结构在弹塑性阶段行为的理论框架和工具。
在接下来的计算实例中，我们将具体展示如何应用这些理论和方法进行结构静力弹塑性分析。
高等土力学(李广信)2.5 土的弹塑性模型的一般原理ppt课件
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1. 屈服准则(yield criterion)
判断是否发生塑性变形的准则 －判断加载与卸载的准则
A
B
B A
A
B
A B
A、B在屈服面上， A B不在屈服面上
图2－36 屈服－弹塑性应变的判断准则
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图2－40 试验搜索屈服点 A-1-2-A´
认为A与A´在同一屈服面上
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图2－41
三轴试验与真三轴试验确定塑性应变增量方向
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2.5.3流动规则与硬化定律
1. 流动规则 (flow rule) 2. 硬化定律 (strain-hardening law)
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1. 流动规则（flow rule)：用以确定塑性应变增量 向量的方向的规则（或者确定塑性应变增量的 各个分量间的比例关系）－塑性应变增量向量 正交于塑性势面。所以也称为正交规则。
B 为屈服点；
A´非屈服点 7
2. 屈服函数 (yield function, yield equation)
屈服准则的数学表达式
f (ij , H) 0
对于刚塑性和弹性－塑性模型：H为常数；
对于弹塑性模型：H是塑性应变的函数。
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加卸载的判断（应变硬化情况）
f
ij
d ij
0
为加载，同时发生弹性、 塑性变形
相适应（相关联）的流动规则（associated flow rule)：根据Drucker假说，塑性势面必须与屈服
面重合，即f=g。
不相适应（不相关联）的流动（nonassociated
第六章 土的弹塑性模型
第六章 土的弹塑性模型6 . 1 引言根据弹塑性理论，总应变可分成弹性应变和塑性应变两部分，其增量形式为：ep ijij ij d d d εεε=+ （6.1.1）弹性应变可以应用广义虎克定律计算，塑性应变可以应用塑性增量理论计算。
应用塑性增量理论计算塑性应变需要已知材料的屈服函数，流动规则和硬化规律，对服从不相关联流动规则的材料，还需要已知材料的塑性势函数。
弹塑性本构方程可以采用下述形式表示：ep ij ijkl kl d D d σε= （6.1.2）式中 epijkl D ——弹塑性模量张量。
在上一章已得到弹塑性模量张量的一般表达式为：ijklrsklpq rsepijklijkl mnuvmn uvg D D D D g A D σσσσ∂∂Φ∂∂=-∂Φ∂+∂∂ （6.1.3）式中g —— 塑性势函数；Φ——屈服函数；A ——硬化参数；ijkl D ——弹性模量张量。
近年来，根据弹塑性理论建立上的弹塑性模型发展很快，各国学者提出的弹塑性本构模型很多，在这一章只能通过几个典型例子的分析，介绍根据弹塑性理论建立土的本构模型的基本思路。
下面几节分别介绍理想弹塑性模型，剑桥模型，修正剑桥模型，Lade-Duncan （1975）模型，以及多重屈服面模型和边界面模型的基本概念。
6 . 2 理想弹塑性模型在这一节，首先介绍理想弹塑性本构方程的普遍表达式，然后介绍几个典型的理想弹塑性模型。
6.2.1本构方程的普遍表达式对理想弹塑性材料，塑性势函数与屈服函数相同，下面用F 表示，硬化参数A 恒等于零，于是式6.1.3可改写为：ijpqrsklpq rsepijklijkl mnuvmn uvF FD D D D F g D σσσσ∂∂∂∂=-∂∂∂∂（6.2.1）理想弹塑性材料本构方程也可用其它形式表达，下面介绍另一种表达形式。
弹性应变增量eij d ε可表示为：1192eij ij ij dI d dS K Gεδ=+ （6.2.2） 式中 1I ——应力张量第一不变量；ij S —— 应力偏张量；,K G ——分别为体积弹性模量和剪切弹性模量。
08 混凝土的弹塑性本构模型2013
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8.2.3 强化法则 强化模型分类
1.
8.2.3 强化法则 强化模型分类
F (σ ij , K ) = F [σ ij − K (ε )] = 0
p ij
等向强化
1. 2.
作功强化 应变强化
K = H ( ∫ dw p ) = H ( ∫ σ ij dε ijp )
K = H ( ∫ dw p ) = H ( ∫ dε ijp dε ijp )
T ∂F ∂F De De ∂ ∂ σ σ dε dσ = De − T ∂F ∂F + A D ∂σ e ∂σ
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8.2.5 弹塑性矩阵的一般表达形式
dε
c0 = 9
rbc
ε
ε
rbc a0 − 3 + rbc
(
(
3 − a0 + a0 − 3 / 2
) ( ) (2
σ 2
) (
)
3 − 4 a0
)
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dσ H '= dε p
10
0 -40 -30 -20 -10 -10 0 10
ε pl 为双轴受压和单轴受压时 ε 11 的比值，一般为 1.28 rbc
1 1 ∂I1 1 = ∂σ 0 0 0
Sx S y 1 Sz ∂σ e = ∂σ 2 J 2 2τ xy 2τ yz 2τ zx
J3 2 S y S z − τ yz + 3 J 2 S z S x − τ zx + 3 3 ∂J 3 = S S −τ 2 + J 3 x y xy ∂σ 3 2(τ τ − S τ ) yz zx z xy 2(τ xyτ zx − S xτ yz ) 2(τ τ − S τ ) y zx xy yz