考慮含水量和溫度效應的彈塑性本構理論研究

《考慮含水量和溫度效應的彈塑性本構理論研究》是依託北京大學，由陳永強擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：考慮含水量和溫度效應的彈塑性本構理論研究
• 依託單位：北京大學
• 項目負責人：陳永強
• 項目類別：面上項目

項目摘要

本項目擬開展以下兩方面科學問題的研究:1、大多數唯象的彈塑性本構理論是基於某些準熱力學公設導出的。根據Drucker公設或Ilyushin公設建立的本構關係滿足正交流動法則，而基於Ziegler公設所導出的本構關係可以不滿足正交流動法則。然而，不同的準熱力學公設之間的內在聯繫以及它們各自的適用範圍尚有待進一步研究;2、晶體塑性理論將多晶金屬的巨觀力學性質與其微觀變形機制聯繫了起來。然而，對於孔隙地質材料，其巨觀力學性質的研究多數是唯象的，缺乏與微觀變形機制的聯繫，有必要建立基於微觀變形分析的地質材料的巨觀本構關係。鑒於上述考慮，本項目將以孔隙地質材料為對象，通過理論分析和試驗手段，對以上兩個基礎性理論問題進行深入研究；基於非平衡態熱力學和細觀力學分析方法，建立基於微觀變形機制的孔隙地質材料的巨觀本構關係；重點考察含水量和溫度效應對巨觀力學性能的影響，為岩土工程相關的實際套用提供理論依據。

結題摘要

本項目以地質孔隙材料為對象，深入研究、討論了三類熱力學公設在地質類材料性能研究中的套用，發展了細觀力學，採用耗散塑性理論，研究了在考慮微觀結構特性和摩擦機制的彈塑性性質、本構關係和屈服特性。 首先，考慮到岩土材料通常含有大量性質不同的夾雜，而傳統細觀力學還沒有有效方法預測這類材料的巨觀剪下模量，本項目提出了基於廣義自洽模型的疊代方案，並發展了相關的代碼，可以準確快速地給出含有大量性質不同夾雜的岩土材料的有效剪下模量，同時給出對應的體積模量。 其次，目前還沒有有效考慮岩土材料孔隙連通特性的細觀力學方法。本項目針對開孔連通孔隙介質建立了一個新的細觀力學模型及系統的細觀力學方法，推導得到的有效模量表達式與金屬泡沫類型的孔隙材料及地質孔隙材料的實驗結果有很好程度的吻合。 第三，由於孔隙材料具有很大的比表面積，表界面效應對孔隙材料的性質影響很大，本項目在黃築平教授所提出的界面能理論的基礎上，提出了一套系統研究考慮界面影響的複合材料有效力學和熱學性能的方法，並套用於預測孔隙材料的有效力學和熱學性能。 第四，針對岩土材料屈服性質受靜水壓影響的特性，將變分方法推廣套用到基體塑性可壓的孔隙材料，建立了非線性本構關係和屈服面的表達式，所得結果能夠反映基體塑性可壓的特性，並考慮了含水量及孔隙壓力的影響。 最後，研究了經典塑性理論與耗散塑性理論之間的關係，利用熱力學方法，提出了一個通用的自由能函式表達式，可以套用於模量隨應力變化的地質材料（金屬材料模量不變的情況是其特例）；進一步，由耗散塑性理論出發，推導了考慮摩擦耗散機制的屈服函式。 該屈服函式保證了外凸性質，且套用範圍更廣。