一种弹塑性损伤力学模型及其参数标定方法技术

本发明专利技术提供了一种弹塑性损伤力学模型，该弹塑性损伤力学模型包括弹性

【技术实现步骤摘要】
一种弹塑性损伤力学模型及其参数标定方法


[0001]本专利技术涉及材料本构模型构建
，具体涉及一种弹塑性损伤力学模型及其参数标定方法
。

技术介绍

[0002]受围岩压力及地层约束的影响，岩石
、
隧道及地下工程支护结构
(
如二次衬砌
)
部分区域可以认为处于三轴应力状态
。
研究岩石
、
混凝土的三轴力学行为并准确描述其应力
‑
应变关系对于准确分析衬砌结构服役状态具有重要意义
。
[0003]目前的本构模型无一例外地将总应变划分为弹性应变和塑性应变两部分，而微孔
(
裂
)
隙变形对总应变的影响并未得到有效的表征
。
事实上，岩石及混凝土内部是存在一定的初始微孔
(
裂
)
隙的
。
在荷载作用下，这些微孔
(
裂
)
隙会被挤压
、
密实
、
扩展而产生变形，整个受载过程中材料内部总的孔
(
裂
)
隙率呈现为先降低后增加的态势
。
总之，岩石
、
混凝土内部微孔隙在应力作用下发生坍缩
、
微裂隙在剪切作用下发生膨胀等现象均会影响其宏观横向变形特征
。
若忽略这一影响，则在开展混凝土结构受力分析时，计算结果与实际状况将出现较大差异，影响结构设计与安全
。
[0004]因此，急需一种考虑了细观结构对横向变形影响的弹塑性损伤力学模型及其参数标定方法以解决现有技术中存在的问题
。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于提供一种弹塑性损伤力学模型及其参数标定方法，考虑了细观结构对横向变形的影响，能够准确开展隧道围岩状态
、
混凝土结构受力等内容分析，可为准确预测隧道及地下工程混凝土支护结构行为提供指导，具体技术方案如下：
[0006]一种弹塑性损伤力学模型，该弹塑性损伤力学模型包括弹性
、
塑性
、
损伤以及塑性损伤耦合状态；
[0007]该弹塑性损伤力学模型中应力
‑
应变计算公式如下：
[0008][0009]其中：
σ
为应力张量；为损伤状态下的有效弹性张量；
d
为损伤变量；
ε
e
为弹性应变张量，其包含三个分量和如下：
ε1为轴向应变，
ε2和
ε3均为横向应变，上标
e、p
分别表示弹性应变和塑性应变；
k
为塑性应变影响系数，其采用反正切函数形式进行表示：
[0010]系数
A
为幅值，用于表示峰值前
、
后
塑性应变影响系数波动；系数
B
为波动系数，用于表示峰值前塑性应变影响系数向峰值后塑性应变影响系数变化速率的大小；系数
C
为应力峰值前
、
后塑性应变影响系数的平均值；
R(d
c
)
为损伤抗力，
R
dc,max
是
R(d
c
)
的最大值；
σ
p
为应力峰值
。
[0011]优选的，损伤状态下的有效弹性张量如下：
[0012][0013]其中：
μ
d
为损伤状态下的剪切模量，
μ0为无损状态下的剪切模量，
v0是材料的泊松比；
k
d
为材料在损伤状态下的体积模量，
k0为无损状态下的体积压缩模量，
I、J
和
K
分别为对称四阶单位张量
、
静水压力四阶单位张量和偏差四阶单位张量，
I
＝
(
δ
ik
δ
jl
+
δ
il
δ
jk
)/2
，
J
＝
δ
ij
δ
kl
/3
，
K
＝
I
‑
J
，
δ
ik
、
δ
jl
、
δ
il
δ
、
δ
jk
)、
δ
ij
以及
δ
kl
均为二阶单位张量，其张量表达形式为
δ
。
[0014]优选的，当材料达到塑性状态时，裂隙面上的塑性函数
f
p
(
σ
c
)
需满足下式：
[0015][0016]其中：
η
为裂隙面的摩擦系数；
||
τ
||
为局部应力
σ
c
在裂隙面内投影
τ
的模，的模，为局部应力
σ
c
在裂隙面上的法向投影，在不可逆热力学框架以及裂隙闭合摩擦情况下，及裂隙闭合摩擦情况下，是与特征单元体中裂纹分布方式相关联的四阶应变张量，
ε
p
为塑性应变张量
。
[0017]优选的，材料进入塑性状态后，其塑性势函数
g
p
(
σ
c
)
如下：
[0018][0019]其中：
γ
为常数
。
[0020]优选的，当材料达到损伤状态时，损伤函数
f
d
满足以下公式：
[0021]f
d
＝
Y
d
‑
R(d)
＞0；
[0022]其中：
Y
d
为损伤驱动力，
R(d)
为损伤抗力，
d
c
为损伤变量特征值，
R(d
c
)
为损伤变量
d
处于特征值时的损伤抗力值
。
[0023]优选的，该弹塑性损伤力学模型在弹性状态下总应变张量
ε
与弹性应变张量
ε
e
相等
。
[0024]本专利技术还公开一种上述的弹塑性损伤力学模型的参数标定方法，包括以下步骤：
[0025]步骤一
、
制作试验块；
[0026]步骤二
、
通过步骤一所得的试验块进行三轴加载试验得到材料的应力
‑
轴向应变
、
应力
‑
横向应变曲本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种弹塑性损伤力学模型，其特征在于，该弹塑性损伤力学模型包括弹性
、
塑性
、
损伤以及塑性损伤耦合状态；该弹塑性损伤力学模型中应力
‑
应变计算公式如下：其中：
σ
为应力张量；为损伤状态下的有效弹性张量；
d
为损伤变量；
ε
e
为弹性应变张量，其包含三个分量和如下：
ε1为轴向应变，
ε2和
ε3均为横向应变，上标
e、p
分别表示弹性应变和塑性应变；
k
为塑性应变影响系数，其采用反正切函数形式进行表示：系数
A
为幅值，用于表示峰值前
、
后塑性应变影响系数波动；系数
B
为波动系数，用于表示峰值前塑性应变影响系数向峰值后塑性应变影响系数变化速率的大小；系数
C
为应力峰值前
、
后塑性应变影响系数的平均值；
R(d
c
)
为损伤抗力，
R
dc,max
是
R(d
c
)
的最大值；
σ
p
为应力峰值
。2.
根据权利要求1所述的弹塑性损伤力学模型，其特征在于，损伤状态下的有效弹性张量如下：其中：
μ
d
为损伤状态下的剪切模量，
μ0为无损状态下的剪切模量，
v0是材料的泊松比；
k
d
为损伤状态下的体积模量，
k0为无损状态下的体积压缩模量，
K
＝
I
‑
J
，
I、J
和
K
分别为对称四阶单位张量
、
静水压力四阶单位张量和偏差四阶单位张量
。3.
根据权利要求2所述的弹塑性损伤力学模型，其特征在于，当材料达到塑性状态时，裂隙面上的塑性函数
f
p
(
σ
c
)
需满足下式：其中：
η
为裂隙面的摩擦系数；
||
τ
||
为局部应力
σ
c
在裂隙面内投影
τ
的模，的模，为局部应力
σ
c
在裂隙面上的法向投影，在不可逆热力学框架以及裂隙闭合摩擦情况下，在裂隙面上的法向投影，在不可逆热力学框架以及裂隙闭合摩擦情况下，是与特征单元体中裂纹分布方式相关联的四阶应变张量，
ε
p
为塑性
应...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷明锋，赵晨阳，李水生，贾朝军，肖勇卓，张运波，刘凌晖，杨子汉，施成华，
申请(专利权)人：中国建筑第五工程局有限公司，
类型：发明
国别省市：