【摘要】：經(jīng)典連續(xù)介質(zhì)理論的粘塑性本構(gòu)關(guān)系缺乏材料尺度的相關(guān)性,難以表征顆粒材料流變的尺寸效應,而Cosserat連續(xù)體中的內(nèi)稟特征長度為刻畫材料的尺寸效應提供了一種可能途徑。該文旨在Cosserat連續(xù)體的理論框架下發(fā)展Perzyna粘塑性模型,以探討顆粒材料流變的尺寸效應與影響機制。首先基于Drucker-Prager屈服準則導出了Cosserat連續(xù)體粘塑性模型的一致性算法,獲得了過應力本構(gòu)方程積分算法與一致切向模量的封閉形式,并在ABAQUS二次平臺上采用用戶自定義單元(UEL)予以程序?qū)崿F(xiàn)。有限元數(shù)值算例模擬了軟巖試樣的三軸壓縮蠕變和兩種堆石料試樣在常規(guī)三軸條件下的蠕變和應力松弛,數(shù)值預測結(jié)果與相應試驗結(jié)果具有較好的一致性,表明該流變模型的適應性。同時,將顆粒的球型指數(shù)、圓度和平均粒徑作為表征顆粒材料內(nèi)稟特征長度的一種度量,以反映顆粒材料的試樣尺寸及其顆粒粒徑與形狀對流變過程中的軸向應變、偏應變和偏應力的影響關(guān)系,表明所發(fā)展的流變模型可以捕捉顆粒材料流變行為的壓力相關(guān)性和尺寸效應。
[Abstract]:The viscoplastic constitutive relation of classical continuum theory lacks the correlation of material scale, so it is difficult to characterize the size effect of particle material rheology. The intrinsic characteristic length in Cosserat continuum provides a possible way to characterize the size effect of material. The purpose of this paper is to develop the viscoplastic model of Cosserat continuum in order to study the size effect and influence mechanism of the rheology of granular materials. Based on the Drucker-Prager yield criterion, the consistency algorithm of the viscoplastic model of Cosserat continuum is derived, and the closed form of the integral algorithm of the overstress constitutive equation and the uniform tangential modulus is obtained. And on the second platform of ABAQUS, the user defined unit (UEL) is used to realize the program. Finite element numerical examples are used to simulate the triaxial compressive creep of soft rock samples and the creep and stress relaxation of two kinds of rockfill specimens under conventional triaxial conditions. The numerical prediction results are in good agreement with the corresponding experimental results. It shows the adaptability of the rheological model. At the same time, the spherical index, roundness and average particle size of particles are taken as a measure to characterize the intrinsic characteristic length of particle material to reflect the axial strain of the sample size, particle size and shape of particle material on the rheological process. The relationship between strain and stress indicates that the developed rheological model can capture the pressure dependence and size effect of the rheological behavior of granular materials.
【作者單位】： 武漢大學土木建筑工程學院;
【基金】：國家自然科學基金項目(11372230)
【分類號】：TU43;O33

【共引文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王琛;詹傳妮;何鵬;張建衛(wèi);李黎;;堆石蠕變與顆粒破碎特性三軸試驗[J];土木建筑與環(huán)境工程;2011年05期

2 李順才;陳占清;繆協(xié)興;劉玉;;飽和破碎砂巖隨時間變形-滲流特性試驗研究[J];采礦與安全工程學報;2011年04期

3 陳曉斌;張家生;安關(guān)峰;;紅砂巖粗粒土流變機理試驗研究[J];礦冶工程;2006年06期

4 陳占清;李順才;茅獻彪;黃先伍;;飽和含水石灰?guī)r散體蠕變過程中孔隙度變化規(guī)律的試驗[J];煤炭學報;2006年01期

5 石修松;左永振;張婷;王路君;;堆石體K_0狀態(tài)單向壓縮流變實驗研究[J];煤炭學報;2010年09期

6 呂中東;;寒冷地區(qū)石壩面板堆石壩面板混凝土施工教學工藝實例分析[J];南昌高專學報;2011年03期

7 潘成書;;談灌區(qū)輸水工程凍害的形成及防治措施[J];科技與企業(yè);2013年03期

8 曲冬梅;于坤;;水利工程防滲處理施工技術(shù)應用的探析[J];科技與企業(yè);2013年02期

9 李宗明;;談灌區(qū)輸水工程凍害的形成及防治措施[J];科技與企業(yè);2013年06期

10 韓立杰;;論述水利工程防滲處理施工技術(shù)應用[J];科技與企業(yè);2013年20期

相關(guān)博士學位論文 前10條

1 徐望國;加筋強風化軟巖粗粒土路堤填料工程性質(zhì)及應用研究[D];中南大學;2010年

2 楊成忠;陡坡上高填石路堤穩(wěn)定性和沉降預測理論及應用研究[D];南京林業(yè)大學;2008年

3 陳曉斌;高速公路粗粒土路堤填料流變性質(zhì)研究[D];中南大學;2007年

4 黃先伍;巷道圍巖應力場及變形時效性研究[D];中國礦業(yè)大學;2008年

5 涂國祥;西南河谷典型古冰水堆積體工程特性及穩(wěn)定性研究[D];成都理工大學;2010年

6 曹光栩;山區(qū)機場高填方工后沉降變形研究[D];清華大學;2012年

7 楊凌云;秦嶺山區(qū)風化變質(zhì)軟巖作為高速公路路堤填料的研究及應用[D];長安大學;2011年

8 邵磊;基于裂縫擴展細觀模擬的堆石料流變特性研究[D];大連理工大學;2013年

9 鐘文;紀念幣多次壓印成形模擬關(guān)鍵技術(shù)與閃光線缺陷研究[D];華中科技大學;2013年

10 項志敏;淺埋隧道圍巖穩(wěn)定性分析與施工關(guān)鍵技術(shù)研究[D];中南大學;2012年

【二級參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 王勇,殷宗澤;面板壩中堆石流變對面板應力變形的影響分析[J];河海大學學報(自然科學版);2000年06期

2 葉永;楊新華;陳傳堯;;不同應力水平下瀝青砂蠕變模型實驗對比[J];華中科技大學學報(自然科學版);2009年03期

3 楊春和;李銀平;屈丹安;陳鋒;尹雪英;;層狀鹽巖力學特性研究進展[J];力學進展;2008年04期

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 ;“2012顆粒材料計算力學會議”征文[J];科技導報;2012年03期

2 蔣紅英;魯進步;苗天德;;大粒徑顆粒材料結(jié)構(gòu)的實驗分析及模型建立[J];甘肅科學學報;2008年01期

3 黃琦;劉杰;程麗紅;;顆粒材料受壓力學特性研究[J];低溫建筑技術(shù);2009年09期

4 戴北冰;楊峻;周翠英;;顆粒摩擦對顆粒材料剪切行為影響的試驗研究[J];力學學報;2013年03期

5 蔣紅英;魯進步;慕青松;;顆粒材料結(jié)構(gòu)自組織沉降細觀研究[J];桂林理工大學學報;2010年04期

6 趙凱;羅文超;李煦陽;劉飛;王肖鈞;;人防工程中空殼顆粒材料抗爆性能試驗研究[J];實驗力學;2012年02期

7 C.S.Campbell,程屏芬;快速顆粒流動[J];力學進展;1990年04期

8 劉其鵬;武文華;;顆粒材料平均場理論的多尺度方法:理論方面[J];巖土力學;2009年04期

9 蔣紅英;劉杰;柯志華;沈金生;楊曉強;;正交試驗法在顆粒材料堆自組織分析中的應用[J];甘肅科學學報;2008年03期

10 楚錫華;;基于連續(xù)介質(zhì)模型的顆粒材料孔隙度及孔隙水壓力計算公式[J];巖土工程學報;2009年08期

相關(guān)會議論文 前10條

1 周迪文;陳十一;蔡慶東;;水平震動下二維顆粒材料分離現(xiàn)象的研究[A];北京力學會第11屆學術(shù)年會論文摘要集[C];2005年

2 楚錫華;常江芳;徐遠杰;;基于應變能極限概念的顆粒材料增量本構(gòu)模型[A];中國力學大會——2013論文摘要集[C];2013年

3 嚴金中;;物質(zhì)的四大狀態(tài)與顆粒材料的制備[A];2009中國功能材料科技與產(chǎn)業(yè)高層論壇論文集[C];2009年

4 楊云川;張占一;劉長江;;柱狀單顆粒材料沖擊粉碎研究[A];中國顆粒學會2004年年會暨海峽兩岸顆粒技術(shù)研討會會議文集[C];2004年

5 魏群;;橢圓散體元——一種模擬顆粒材料的新方法[A];水電與礦業(yè)工程中的巖石力學問題——中國北方巖石力學與工程應用學術(shù)會議文集[C];1991年

6 秦建敏;遲璐璐;;顆粒材料多尺度力學行為的離散元模擬[A];顆粒材料計算力學研究進展[C];2012年

7 秦建敏;張洪武;;顆粒材料內(nèi)部滑動變形局部化的離散元模擬[A];中國計算力學大會'2010（CCCM2010）暨第八屆南方計算力學學術(shù)會議（SCCM8）論文集[C];2010年

8 李錫夔;;顆粒材料多尺度計算力學的若干問題[A];顆粒材料計算力學研究進展[C];2012年

9 李錫夔;張俊波;;顆粒材料耦合問題數(shù)值方法及破壞分析[A];中國力學學會學術(shù)大會'2009論文摘要集[C];2009年

10 楚錫華;周倫倫;徐遠杰;;可破碎顆粒材料組構(gòu)各向異性演化及剪脹性的離散元模擬[A];顆粒材料計算力學研究進展[C];2012年

相關(guān)重要報紙文章 前4條

1 ;納米標準顆粒在上海開發(fā)成功[N];中國高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導報;2005年

2 張傳曉;我國成功制備出納米標準顆粒[N];中國化工報;2005年

3 李宏乾;納米科技正向多領(lǐng)域挺進[N];中國化工報;2003年

4 任紅軒;納米安全亟待評估[N];中國高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導報;2005年

相關(guān)博士學位論文 前8條

1 楚錫華;顆粒材料的離散顆粒模型與離散—連續(xù)耦合模型及數(shù)值方法[D];大連理工大學;2006年

2 梁元博;隨機排列顆粒材料的平行柱模型和二階計算均勻化的混合有限元法[D];大連理工大學;2014年

3 蔣紅英;顆粒介質(zhì)傳力特性及其在巖土工程中的若干應用問題[D];蘭州大學;2006年

4 余村;基于Cosserat連續(xù)體模型的顆粒材料宏細觀力學行為數(shù)值模擬[D];武漢大學;2014年

5 周強;基于離散元方法的顆粒材料熱傳導研究[D];大連理工大學;2011年

6 劉其鵬;基于平均場理論的顆粒材料離散顆粒集合-Cosserat連續(xù)體模型多尺度模擬[D];大連理工大學;2010年

7 郭志國;第二顆粒對二元混合顆粒體系流動性影響的研究[D];華東理工大學;2015年

8 劉瑜;井下沖撞式煤矸分離中顆粒動力學行為研究[D];中國礦業(yè)大學;2011年

相關(guān)碩士學位論文 前10條

1 楊榮偉;光彈顆粒材料直剪實驗研究[D];清華大學;2009年

2 何旭珍;基于微觀力學的顆粒材料宏觀微觀力學性質(zhì)研究[D];北京交通大學;2012年

3 劉杰;顆粒材料結(jié)構(gòu)自組織力學特性[D];蘭州理工大學;2008年

4 李洪濤;基于細觀力學的顆粒材料宏觀本構(gòu)模型[D];大連理工大學;2010年

5 張興;顆粒材料應變局部化的數(shù)值分析與試驗模擬[D];大連理工大學;2012年

6 程亮;顆粒材料流經(jīng)漏斗的動力學特征研究[D];中南大學;2012年

7 祝杰;側(cè)限壓縮下石英砂礫的顆粒破碎特性及其分形描述[D];武漢理工大學;2008年

8 黃植萍;考慮顆粒靜水壓縮性的飽和顆粒材料DEM-SPH模擬[D];大連理工大學;2014年

9 袁倫;粒狀土顆粒破碎機理的試驗研究[D];武漢理工大學;2010年

10 劉海濤;無粘性顆粒材料剪切試驗和貫入試驗的離散元分析[D];清華大學;2010年

，

本文編號：2168984