本文選題：非飽和黏土 + 本構(gòu)模型�。� 參考：《國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2013年博士論文

【摘要】：土作為一種最普遍的基層材料,廣泛應(yīng)用于各類民用和國防工程建設(shè)。土基層以及土中構(gòu)筑物在其工作過程中,除了承受正常的設(shè)計載荷外,可能還要承受諸如撞擊、沖擊和爆炸等強(qiáng)動載荷。黏土的分布廣泛,且通常情況下,黏土均處于非飽和狀態(tài)。非飽和黏土是一種力學(xué)性質(zhì)極為復(fù)雜的材料,并且針對非飽和黏土的動態(tài)本構(gòu)建模至今仍然是不完備的,因此有必要對非飽和黏土的動態(tài)本構(gòu)關(guān)系進(jìn)行深入系統(tǒng)研究。非飽和黏土的動態(tài)力學(xué)特性受多種因素影響,主要包括初始密度(壓實(shí)度)、含水率(飽和度)和外載荷特性(應(yīng)力水平、加載速率)等。為探討分析以上影響因素的影響規(guī)律,本文結(jié)合非飽和黏土的材料特性,設(shè)計開展了針對不同初始密度、含水率的非飽和黏土試樣的靜、動態(tài)力學(xué)系列試驗(yàn)。其中,靜態(tài)力學(xué)試驗(yàn)主要包括:無側(cè)限壓縮試驗(yàn)和三軸剪切試驗(yàn);動態(tài)力學(xué)試驗(yàn)主要包括:單軸壓縮SHPB試驗(yàn)、被動圍壓SHPB試驗(yàn)和平板撞擊試驗(yàn)。通過對試驗(yàn)結(jié)果的分析,得出了非飽和黏土在靜、動態(tài)加載條件下的力學(xué)特性,歸納總結(jié)了初始密度、含水率和外載荷特性等因素的影響規(guī)律。本文提出應(yīng)用基于Perzyna形式的黏塑性帽蓋模型描述非飽和黏土的屈服破壞行為;提出將p-??物態(tài)方程和修正三相混合物物態(tài)方程結(jié)合起來,描述非飽和黏土在高壓狀態(tài)下的壓力-密度關(guān)系�；诜秋柡宛ね领o、動態(tài)力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果,提出了一套確定黏塑性帽蓋模型和物態(tài)方程參數(shù)的方法。為驗(yàn)證基于Perzyna形式的黏塑性帽蓋模型和非飽和黏土物態(tài)方程及其參數(shù)的適用性和準(zhǔn)確性,分別以用戶自定義材料模型和自定義物態(tài)方程子程序的形式將帽蓋模型和物態(tài)方程嵌入到LS-DYNA軟件中,并對非飽和黏土中動力學(xué)過程進(jìn)行了數(shù)值模擬。模擬結(jié)果表明,基于Perzyna形式的黏塑性帽蓋模型和非飽和黏土物態(tài)方程及其參數(shù)能夠較為準(zhǔn)確地描述非飽和黏土的動態(tài)力學(xué)行為。
[Abstract]:As the most common base material, soil is widely used in various civil and national defense projects. In addition to the normal design load, the soil base and the structure in the soil may also bear strong dynamic loads such as impact, impact and explosion. The clay is widely distributed, and usually, the clay is in unsaturated state. Unsaturated clay is a kind of material with very complex mechanical properties, and the dynamic constitutive model of unsaturated clay is still incomplete, so it is necessary to study the dynamic constitutive relationship of unsaturated clay. The dynamic mechanical properties of unsaturated clay are affected by many factors, including initial density (compactness), water content (saturation) and external load characteristics (stress level, loading rate). In order to analyze the influence law of the above factors, the static and dynamic mechanical tests of unsaturated clay samples with different initial density and moisture content were designed and carried out in this paper. Among them, static mechanical test mainly includes: unconfined compression test and triaxial shear test, dynamic mechanical test mainly includes: uniaxial compression SHPB test, passive confining pressure SHPB test and plate impact test. Through the analysis of the test results, the mechanical properties of unsaturated clay under static and dynamic loading conditions are obtained, and the influence laws of initial density, moisture content and external load characteristics are summarized. In this paper, a viscoplastic cap model based on Perzyna form is proposed to describe the yield failure behavior of unsaturated clay. The equation of state is combined with the modified equation of state of three-phase mixture to describe the pressure-density relationship of unsaturated clay under high pressure. Based on the static and dynamic mechanical test results of unsaturated clay, a set of methods for determining the parameters of visco-plastic cap and equation of state are presented. In order to verify the applicability and accuracy of the viscoplastic cap model and the equation of state of unsaturated clay based on Perzyna form, The cap model and the equation of state are embedded into LS-DYNA software in the form of user-defined material model and self-defined equation of state subroutine respectively. The dynamic process in unsaturated clay is simulated numerically. The simulation results show that the viscoplastic cap model and the equation of state of unsaturated clay based on Perzyna form can accurately describe the dynamic mechanical behavior of unsaturated clay.
【學(xué)位授予單位】：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TU411;TU435

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本文編號：2001270