岩石应变软化本构模型建立及NR-AL法求解研究
  • 【DOI】

    10.16285/j.rsm.2015.02.014

  • 【摘要】

    针对岩土工程材料应变软化问题及有限元对其数值计算时切线刚度矩阵负定造成求解困难的问题进行研究。建立了基于Drucker-Prager(D-P)强度准则的岩石弹塑性应变软化本构模型,本构积分算法采用一种完全隐式返回映射算法,它具有无条件稳定和精确的特点,详细论述了如何进行本构模型的程序化求解;考虑弧长法在判断切线刚度矩阵正定性导致效率低的缺点,在弹塑性增量有限元方程的迭代计算中尝试采用Newton-... 展开>>针对岩土工程材料应变软化问题及有限元对其数值计算时切线刚度矩阵负定造成求解困难的问题进行研究。建立了基于Drucker-Prager(D-P)强度准则的岩石弹塑性应变软化本构模型,本构积分算法采用一种完全隐式返回映射算法,它具有无条件稳定和精确的特点,详细论述了如何进行本构模型的程序化求解;考虑弧长法在判断切线刚度矩阵正定性导致效率低的缺点,在弹塑性增量有限元方程的迭代计算中尝试采用Newton-Raphson法和arc-length法(NR-AL法)联合迭代求解的思路,即在结构未达到极限荷载前采用NR迭代法,而当结构接近极限荷载时转换为AL法控制迭代,从而使结构越过峰值点进入软化区直至破坏,NR-AL法汲取了2者迭代求解中具有的优势;利用C++语言对所建应变软化模型的本构求解和弹塑性增量有限元方程迭代求解过程给予程序实现,应用所编程序进行数值计算,分析了D-P理想弹塑性模型、应变软化模型、应变硬化模型计算的应力-应变曲线的区别,同时将应变软化模型计算结果与试验数据进行了对比。研究结果表明:所建应变软化本构模型可以较好地模拟岩石材料的峰后软化特性,能够揭示峰后应变软化特性和破坏机制,同时NR-AL法能够求解由于应变软化造成的负刚度问题,也克服了单独使用弧长法时判断切线刚度矩阵正定性效率低的缺点。 收起<<

  • 【作者】

    王军祥  姜谙男 

  • 【作者单位】

    大连海事大学道路与桥梁工程研究所,辽宁大连 116026; 大连海事大学辽宁省公路工程重点实验室,辽宁大连 116026

  • 【刊期】

    岩土力学 ISTIC EI PKU 2015年2期

  • 【关键词】

    应变软化  本构模型  隐式返回映射算法  Newton-Raphson法  arc-length法  程序编制  strain softening  constitutive model  fully implicit return mapping algorithm  Newton-Raphson scheme  arc-length method  programming 

  • 【基金项目】

    国家自然科学基金项目(No.51079010);中央高校基本科研业务费专项资金项目(No.2013YB03,No.3132013315);大连市交通科技项目(No.2011-10);吉林省交通厅交通运输科技项目(No.2012-1-6)。