[发明专利]一种土体正交异性本构模型的数值分析方法

摘要

本发明公开了一种土体正交异性本构模型的数值分析方法，其特征在于所述的土体正交异性本构模型是基于摩尔‑库伦屈服准则建立的，弹性正交异性和塑性正交异性两个方面，其中塑性正交异性主要考虑了土体粘聚力的正交异性效应，并通过双曲线拟合提出了修正的摩尔‑库伦屈服方程；所述的土体正交异性本构模型是通过编译用户材料子程序UMAT，并嵌入到ABAQUS软件中，最终实现了土体正交异性本构模拟的数值计算。本发明的优点在于克服了ABAQUS自带的摩尔‑库伦屈服准则无法同时考虑材料弹性正交异性和塑性各向异性的缺陷，能够全面反映土体沉积所引起的正交异性的特点，为合理描述土体正交异性的特性提供了参考，也对指导工程实际问题具有重要的科学价值。

主权项

一种土体正交异性本构模型的数值分析方法，其特征在于：(1)土体是正交异性材料，其本构模型是基于摩尔‑库伦屈服准则建立的；(2)土体正交异性本构模型包括弹性正交异性和塑性正交异性两个方面，并通过双曲线拟合对摩尔‑库伦屈服方程进行了修正；(3)土体的正交异性本构模型是通过编译用户材料子程序UMAT，并嵌入到ABAQUS软件中，最终实现土体正交异性本构模拟的数值计算；所述特征(1)具体为：土体为正交异性材料，即平行于沉积面的各个方向的力学特性大致相同，而在垂直于沉积面的方向则表现出不同的特性，本发明的土体正交异性本构模型是基于摩尔‑库伦屈服准则而建立的；所述特征(2)具体为：土体正交异性模型同时考虑了弹性正交异性和塑性正交异性，弹性正交异性模型包含5个未知量，分别为沉积方向的弹性模量Ev和泊松比υvh、垂直于沉积方向的弹性模量Eh和泊松比υh、剪切模量Gvh，其他参数可由这5个未知量之间的相互关系得到，塑性本构模型中假定土体内摩擦角为常数，考虑土体粘聚力c存在各向异性效应，且沉积面和垂直于沉积面上的粘聚力cv、ch存在关联性，即：cθ＝ch+(cv‑ch)sin2α，由于摩尔‑库伦屈服准则在π平面存在六个棱角，使得计算变繁和收敛缓慢，通过双曲线拟合对摩尔‑库伦屈服面进行修正，在棱角处得到光滑连续的处理；所述特征(3)具体为：取塑性势函数与屈服函数的表达式一致，采用隐式后退欧拉算法，对摩尔‑库伦屈服函数一次求导、势函数一次求导、势函数二次求导，通过UMAT接口，将编写有土体正交异性本构模型的UMAT子程序嵌入到ABAQUS软件中实现土体正交异性本构模拟的数值计算。