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物理非线性问题中的弹粘塑性势理论介绍

时间:2023-06-24 理论教育 版权反馈
【摘要】:非线性问题可分为两类:几何非线性。弹塑性问题是典型的物理非线性问题,在数学上表现为:[D]是应力的函数,即[D]=[D ep]。下面介绍物理非线性问题中的弹粘塑性势理论。以下各章节的讨论中,在不引起误会的情况下,隐式弹性矩阵的记号“^”一概略去。把式代入单元平衡方程,代替弹性问题的式,有式中,右端增加了由粘塑性引起的等效荷载增量{ΔF vp},{ΔF vp}由各单元的等效荷载增量{ΔFvp}e通过绕结点组合而成。

物理非线性问题中的弹粘塑性势理论介绍

非线性问题可分为两类:

(1)几何非线性。又称为大变形问题,在数学上表现为:应变矩阵[B]是位移的函数,即[B]=[B({u},{Δu})]。

(2)物理非线性。弹塑性问题是典型的物理非线性问题,在数学上表现为:[D]是应力的函数,即[D]=[D ep({σ},{Δσ})]。

下面介绍物理非线性问题中的弹粘塑性势理论。在时刻t,应变增量为

当F=Q时,称粘塑性流动是关联的,否则是非关联的。

当Θ≥0.5时,时步离散格式为无条件稳定。当Θ=0时,时步离散格式为显式,此时

式(1-1-12)退化为

式(1-1-12)退化为

显格式简单,但有稳定条件的限制,时间步长Δt过大会引起计算发散。

以下各章节的讨论中,在不引起误会的情况下,隐式弹性矩阵的记号“^”一概略去。

根据Owen和Hinton等人的研究(1980),若流动参数γ可由室内外试验确定,则可利用弹粘塑性计算推求应力应变随时间变化的实际过程,并求出最终的稳态应力应变;当流动参数γ无法确定时,可取γ=1,由此计算的应力应变过程为虚拟过程,但最终求得的稳态应力应变与弹塑性解一致。

另据朱伯芳(1998)的研究,用弹塑性增量理论计算时,结构的荷载—位移曲线变化平缓,相应于失稳的一段曲线对荷载增量灵敏度不高,不易准确求出安全系数。而采用弹粘塑性势理论计算可避免这个缺点。(www.xing528.com)

基于以上理由,笔者在进行计算岩体力学研究时,一般采用弹粘塑性势理论。

弹粘塑性势理论问题可用初应变法或初应力法求解。把式(1-1-12)代入单元平衡方程(1-1-7),代替弹性问题的式(1-1-10),有

显格式简单,但有稳定条件的限制,时间步长Δt过大会引起计算发散。

以下各章节的讨论中,在不引起误会的情况下,隐式弹性矩阵的记号“^”一概略去。

根据Owen和Hinton等人的研究(1980),若流动参数γ可由室内外试验确定,则可利用弹粘塑性计算推求应力应变随时间变化的实际过程,并求出最终的稳态应力应变;当流动参数γ无法确定时,可取γ=1,由此计算的应力应变过程为虚拟过程,但最终求得的稳态应力应变与弹塑性解一致。

另据朱伯芳(1998)的研究,用弹塑性增量理论计算时,结构的荷载—位移曲线变化平缓,相应于失稳的一段曲线对荷载增量灵敏度不高,不易准确求出安全系数。而采用弹粘塑性势理论计算可避免这个缺点。

基于以上理由,笔者在进行计算岩体力学研究时,一般采用弹粘塑性势理论。

弹粘塑性势理论问题可用初应变法或初应力法求解。把式(1-1-12)代入单元平衡方程(1-1-7),代替弹性问题的式(1-1-10),有

式(1-1-16)中,右端增加了由粘塑性引起的等效荷载增量{ΔF vp},{ΔF vp}由各单元的等效荷载增量{ΔFvp}e通过绕结点组合而成。{ΔF vp}e的计算式为

式(1-1-16)中,右端增加了由粘塑性引起的等效荷载增量{ΔF vp},{ΔF vp}由各单元的等效荷载增量{ΔFvp}e通过绕结点组合而成。{ΔF vp}e的计算式为

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