海冰广义双剪粘弹塑性本构模型.pdfVIP

·186· 数学·力学·物理学·高新技术研究进展——2006(11)卷 海冰的广义双剪粘弹塑性本构模型+ 王刚季顺迎吕和祥岳前进 (大连理工大学工程力学系工业装备结构分析国家重点实验室，辽宁大连，116024) 【摘要】在连续介质力学基础上，建立了一个广义双剪粘弹塑性海冰动力学本构模型。该模 型在海冰屈服前采用Kelvin-Vogit粘弹性模型，考虑中问主应力和静水压力对海冰 屈服的影响，选用广义双剪应力屈服准则作为海冰的屈服判据，屈服后采用相关联 的正则流动法则。应用此模型对规则海区的海冰堆积过程进行了数值试验。数值模 拟结果表明，该本构模型能够准确地模拟海冰的动力学行为。 【关键词】海冰动力学；本构模型：粘弹塑性；广义双剪应力屈服准则；流动法则 0引言 近年来，随着全球气候变暖和冬季海上经济活动的日益频繁，海冰灾害问题日渐突出， 迫切需要对海冰的运动演化规律进行精确的数值模拟和预报。为此，建立合理可靠的海冰动 力学本构模型成为提高海冰模拟和预报精度的重要研究内容之一。 目前，应用最广的海冰动力学本构模型是Hibler的粘塑性本构模型fl“，但由于没有考虑 海冰的弹性力学行为以及屈服面的应力不连续现象，使其不能很好地处理海冰在小应变和小 应变率条件下的应力问题。同时，在目前所应用的海冰动力学本构模型中，海冰的屈服函数 只考虑一个最大主剪应力对屈服的影响，而没有考虑中间主应力对屈服的影响。而由文献【7】 可知：除最大主剪应力之外，中间主应力对材料的屈服也有一定的影响。基于I}I上原因，本 文将广义双剪应力屈服准则引入到海冰动力学本构模型的建立中，该屈服准则在数学上是分 段线性的，并且具有明确的力学意义和物理解释。在此屈服准则的基础上。考虑海冰屈服前 的粘弹性力学行为，建立一个适用于海冰动力学的广义双剪粘弹塑性本构模型。 1 广义双剪粘弹塑性本构模型的建立 1．1海冰屈服前的Kelvin-Vogit粘弹性模型 ‘基金项目，圈家自然科学基金瓷助项目(批准号． 作者简舟t王剐(19丁卜一)。男，大莲理工大学工程力学系博士研究生，研究方向为海冰动力学及其本构理论 海冰的广义双剪粘弹塑性本构模型 ·187· 作用，海冰屈服前的本构关系用二维张量形式可表述为嘲 ；。 ， “ ① 唧22仉岛+(￡一仉)屯磊+2G勺+(置一G)％岛一P岛 的体积和剪切弹性模量；￡和仉分别为海冰的体积和剪切粘性系数；B为水平静水压力项。 1．2广义双剪应力屈服准则 广义双剪应力屈服准则的定义是当作用于单元体上的两个最大剪应力及其相应作用面上 的正应力的函数达到某一特定值时材料发生屈服。该屈服准则既考虑了中间主应力与静水压 力对材料屈服的影响，同时考虑了材料的拉瘫强度不同的S-D效应。广义双剪应力屈服准则 ’ 。 可以表示为【”1 = ‘ 。②‘一 ，’=f1，+％ 3+ ，≤，7J 其中t勺=里{生和勺=导{旦是主剪力和相应作用面上的正应力，c，妒为海冰的粘结力 和摩擦角。广义双剪应力准则的屈服曲面在主应力空问是一个以静水压力线为轴的不等边六 角锥体面(见图1)。如果取第三主应力为静水压力项，则它与空间广义双剪屈服面相交可得 到一个二维六边形屈服曲线(见图2