适用于UH模型的单元破坏修正方法.pdf

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1、2017年4月第43卷第4期北京航空航天大学学报JournalofBeringUniversityofAeronauticsandAstronauticsApril2017V01．43No．4http：／／bhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2016．0321适用于UH模型的单元破坏修正方法罗汀+，舒文俊，姚仰平(北京航空航天大学交通科学与工程学院，北京100083)摘要：在采用UH模型的用户材料子程序(UMAT)进行有

2、限元计算过程中时常会出现局部单元破坏的情况，主要包括拉裂和剪坏，这种破坏应力状态的存在不仅会使得计算结果不合理，也会降低有限元计算的稳定性。针对采用UH模型UMAT进行有限元计算时遇到的局部单元破坏问题，根据一定的假设条件，并结合不同坐标系下的应力变换关系，推导得到适用于UH模型的三维问题单元破坏修正公式；采用FORTRAN语言编写出相应的子程序，将其嵌入UH模型UMAT中，以消除采用UH模型进行有限元计算时出现的不合理的破坏应力状态，提高UH模型UMAT有限元计算的稳定性，并通过有限元模拟基坑开挖的例子

3、验证本文所提的单元破坏修正方法的有效性和合理性。关键词：UH模型；UMAT；有限元；拉裂；剪坏；破坏修正中图分类号：TU431文献标识码：A文章编号：1001-5965(2017)04-0667-09土是一种具有复杂力学特性的历史作用产物，力学性能上表现出强烈的非线性和弹塑性。姚仰平等¨剖基于超固结土的一些基本特性提出了适用于超固结土的UH模型，该模型不仅可以合理反映超固结土的剪缩、剪胀、硬化、软化及应力路径相关特性，而且模型的参数少，物理意义明确，可直接通过常规三轴实验测得，便于实际工程的应用。甄文战等

4、H剖基于UH模型理论及变换应力方法，采用FORTRAN语言首先编写了UH模型的用户材料子程序(UMAT)，实现了UH模型与有限元软件的结合；冯兴等∞1。在UH模型UMAT的基础上，加入罗汀等旧。将熊文林旧。提出的非关联塑性切线刚度矩阵对称化方法应用于UH模型内容，并采用与广义SMP准则相似的处理方法编写出了考虑黏聚力c的UH模型UMAT。原有的UH模型UMAT都是基于不发生破坏的受压应力状态编写而成，事实上，在有限元计算实际工程问题时，很多时候不可避免地会出现局部单元拉裂、剪坏的情况，这种情况的出现不仅会

5、造成计算结果本身的不合理，也有可能会导致有限元计算时出现中途报错退出计算的情况，从而降低了采用UH模型UMAT进行有限元计算的稳定性和实用性。本文针对采用UH模型UMAT进行有限元计算时出现的单元破坏问题(包括拉裂和剪坏)，参考平面问题单元破坏修正方法，并结合不同坐标系下应力之间的变换关系，推导得到适用于UH模型的三维问题单元破坏修正公式，对采用UH模型UMAT进行有限元计算时出现的破坏应力状态进行相应的应力修正，以使得采用UH模型UMAT的有限元计算过程更加稳定，计算结果更为合理。收稿日期：2016-0

6、4-20；录用日期：2016-07．22；网络出版时间：2016-08-2310：21网络出版地址：WWW．enki．net／kems／detail／11．2625．V．20160823．1021．001．html基金项目：国家“973”计划(2014CB047001)；国家自然科学基金(51579005，11272031){通讯作者：E-mail：tluo@buaa．edu．cnBl甩格式：萝河．舒文俊．姚御平．适甩于UH模型的单元破坏修正方法￡1]．北京航空航天大学学报，2017，43(4)：667·

7、675．LUOT．SHUWJ．YAOYP．ElementfailureCOlTec“onmethodforUHmodele1]．JournalofBe巧ingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2017，43(4)：667—675(inChinese)．668北京航空航天大学学报1uH模型及其有限元实现疋=志(5)1．1UH模型姚仰平等n们提出的UH模型是基于当前屈服面(当前应力点所在的屈服面)和参考屈服面(参考应力点所在的剑桥模型屈服面)的动态变化关系以及与伏斯

8、列夫面变化有关的潜在强度的不同，来描述超固结土的硬化、软化、临界状态、剪缩、剪胀特性和不同应力路径对超固结土变形特性的影响。如图1所示，UH模型的当前屈服面与参考屈服面均为椭圆屈服面。当前屈服面表达式为f=cpk去+c，In1+寿)-H=0(1)参考屈服面表达式为f=-Cplnip+cpIn1+著)qP=0(2)式中：c。=(A一，c)／(1+e。)，e。为初始孔隙比，A和，c分别为e．InP空间中等向压缩线的斜率和等向回弹线