颗粒材料应变局部化渐进破坏宏细观数值模拟

作者：吕玺琳^*; 薛大为; 马一跃; 曾盛; 黄茂松

来源：中国科学 技术科学, 2022, 52(07): 1022-1034.

• 颗粒材料
• 应变软化
• 渐进破坏
• 应变局部化
• 离散元
• 有限元模拟

从离散元细观和有限元连续介质力学角度,研究了颗粒材料应变局部化触发和演化特性.通过离散元模拟,获得了颗粒体应变局部化触发前后力学响应的变化情况,并通过颗粒相对位移角度分析得出了剪切带演化特征.通过分析颗粒材料应变局部化尺寸效应,得出了试样尺寸与平均粒径之比对剪切带厚度的影响规律.采用基于微态方法的广义热力学框架,引入一个非局部细观变量作为附加的运动学变量,建立了一种考虑压力相关应变软化材料的隐式梯度塑性模型.利用虚功率原理和热力学第二定律,构建了隐式梯度理论的Helmholtz偏微分控制方程,并提出耦合位移和微变量的正则化有限元数值算法.平面应变压缩试验数值模拟表明,所提出的算法能够消除数值解的网格敏感性,验证了引入隐式梯度对应变软化颗粒材料病态边值问题正则化的能力.通过对地基承载力和隧道开挖面稳定性问题的分析,得出了颗粒材料应变软化对其宏观力学响应的影响,结果表明材料应变软化导致更小的破坏区域和更集中的局部变形.

• 单位
  同济大学; 岩土及地下工程教育部重点实验室