適用于各向異性邊界面塑性模型的隱式積分算法

發(fā)布時(shí)間：2020-07-11 04:38

【摘要】：為了描述嵌入式海洋工程結(jié)構(gòu)在海洋環(huán)境中復(fù)雜的動(dòng)力特性，已建立了適用于飽和黏土循環(huán)穩(wěn)定與退化的各向異性邊界面塑性模型。該模型基于無(wú)彈性域概念和臨界狀態(tài)理論，采用各向同性、運(yùn)動(dòng)硬化準(zhǔn)則和旋轉(zhuǎn)的邊界面，并引入表征土體結(jié)構(gòu)損傷和重塑程度的損傷變量以反映循環(huán)載荷作用下飽和黏土的各向異性、剛度及強(qiáng)度軟化和塑性變形累積等特征，代表了一類較為廣泛的邊界面塑性模型。然而，二維本構(gòu)模型無(wú)法反映真實(shí)應(yīng)力空間中土體的強(qiáng)度和變形。因此，需先對(duì)模型進(jìn)行三維化，開發(fā)出合理的積分算法并將其嵌入有限元軟件中，才能用于數(shù)值計(jì)算。為了實(shí)現(xiàn)上述模型在ABAQUS軟件中的計(jì)算，所做工作主要如下：首先，針對(duì)該模型對(duì)簡(jiǎn)單加載工況考察的不足，基于重塑Weald黏土、高嶺土及SanFrancisco Bay mud的不排水靜三軸加載試驗(yàn)進(jìn)行了數(shù)值模擬，驗(yàn)證了該模型不僅能夠描述飽和黏土的循環(huán)動(dòng)力特性，也能較好地反映簡(jiǎn)單加載下等壓及偏壓固結(jié)土體的變形及強(qiáng)度響應(yīng)；其次，采用廣義Mises準(zhǔn)則將適用于飽和黏土循環(huán)動(dòng)力分析的邊界面塑性模型推廣到三維應(yīng)力狀態(tài)，修正了傳統(tǒng)隱式積分回映算法，建立了該模型的完全隱式積分格式，實(shí)現(xiàn)了其在ABAQUS軟件中的開發(fā)，并采用不同的增量步長(zhǎng)對(duì)等壓和偏壓固結(jié)土體不排水靜、動(dòng)三軸試驗(yàn)進(jìn)行了模擬和預(yù)測(cè)。結(jié)果表明，修正的隱式回映算法能夠用于該類邊界面模型，且對(duì)于較大的應(yīng)變?cè)隽坎介L(zhǎng)，該積分格式仍具有較高的精確性和穩(wěn)定性；最后，為了修正廣義Mises三維化模型高估土體三軸拉伸強(qiáng)度的不足，采用基于SMP準(zhǔn)則的變換應(yīng)力法，推導(dǎo)出了變換矩陣，繼續(xù)對(duì)該模型進(jìn)行三維化，并對(duì)K0固結(jié)土體單調(diào)及循環(huán)載荷試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值模擬，對(duì)比可得變換應(yīng)力法三維化的各向異性邊界面塑性模型能夠較合理地模擬土體的動(dòng)力特性，且在三軸拉伸狀態(tài)下的強(qiáng)度與試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合更好。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TU435;P75
【圖文】：

有限元模型,應(yīng)變?cè)隽?等誤差線,隱式