土的三剪统一帽子模型研究

论文摘要

土的三剪统一帽子模型是以三剪统一强度准则为理论前提,通过不同的I1和θ来控制土体的破坏比M（剑桥模型的M为定值）,并与剑桥模型相结合,而建立的一种弹塑性模型。该模型能够更加合理地描述粘土和砂土在三维应力下的应力应变关系。本文通过公式转化用I1、J2、J3来表示三剪统一帽子模型,给出了弹塑性本构矩阵的有限元实现方法,采取相关联的流动法则,进而推导出三剪统一帽子模型的弹塑性本构模型。此模型可以采取不同的中间主应力系数b值,转化为不同的屈服准则。利用ANSYS二次开发平台用户程序特性（UPFS）,并通过Fortran语言编译出三剪统一帽子模型的有限元子程序（SJMAT.F）,为后继关于岩土工程的弹塑性本构关系的二次开发提供参考与借鉴。最后,为了能够熟悉ANSYS软件及其操作步骤。笔者采用D-P模型对一个单桩下土体的受力与变形进行分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 帽子模型研究现状
• 1.2.2 本构模型在有限元软件ANSYS中的应用现状
• 1.3 本文的主要工作内容
• 1.4 本文的创新点
• 第2章 三剪统一帽子模型
• 2.1 三剪统一强度准则简介
• 2.2 建立三剪统一帽子模型的整体思路
• 2.3 三剪统一强度屈服准则的表达式转换
• 2.4 三剪统一帽子模型的建立
• 2.5 三剪统一帽子模型的分析
• 2.6 本章小结
• 第3章 三剪统一帽子模型的弹塑性本构关系
• 3.1 概论
• 3.2 建立弹塑性本构关系的基本条件
• 3.3 三剪统一帽子模型的弹塑性刚度矩阵
• 3.3.1 弹性刚度矩阵
• 3.3.2 塑性刚度矩阵
• 3.4 本章小结
• 第4章 弹塑性有限元的实现
• 4.1 概述
• 4.1.1 迭代法
• 4.1.2 增量法
• 4.1.3 混合法
• 4.2 基于三剪统一帽子模型的有限元的计算方法
• 4.2.1 试探应力
• 4.2.2 加卸载和比例因子
• 4.2.3 应力增量与塑性应变增量
• 4.2.4 应力拉回屈服面
• 4.2.5 弹塑性增量有限元计算步骤总结
• 4.3 本章小结
• 第5章 三剪统一帽子模型弹塑性本构关系的编译
• 5.1 概述
• 5.1.1 UPFS（ANSYS用户可编程特性）
• 5.1.2 ANSYS数据接口
• 5.1.3 UIDL （ANSYS用户界面设计语言）
• 5.1.4 APDL（参数设计语言）
• 5.2 三剪统一帽子模型的编译
• 5.2.1 子程序USERMAT.F中的参数
• 5.2.2 材料属性的定义
• 5.2.3 三剪统一帽子模型的子程序编写
• 5.3 本章小结
• 第6章 一个单桩ANSYS计算算例
• 6.1 算例
• 6.2 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录