Континуальные модели в динамике гранулированных сред. Обзор

Автор: Гольдштейн Роберт Вениаминович, Кузнецов Сергей Владимирович

Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm

Статья в выпуске: 1 т.8, 2015 года.

Бесплатный доступ

Анализируются математические модели и уравнения состояния, применяемые при решении динамических задач механики гранулированных сред. Рассматриваются упругие, гипоупругие, гиперупругие, упругопластические и гидродинамические модели. В рамках гиперупругих моделей выделяются обобщенные модели, в которых путем введения в упругий потенциал дополнительных множителей удается моделировать образование гистерезисных петель в условиях циклических нагружений (модифицированная модель Арруда-Бойс и некоторые другие гиперупругие модели). Отмечается, что за счет введения в модифицированные модели гипоупругости механизма переключения также становится возможным описание гистерезисных петель в условиях циклических нагружений. Подвергаются разбору упругопластические модели, основанные на концепции одной или нескольких поверхностей пластичности, а также модели с континуально распределенными поверхностями пластичности (микропластичность). Обсуждаются некоторые современные упругопластические модели без поверхностей пластичности (гипопластичность, бародезия). Основное внимание уделяется упругопластическим моделям с изотропным упрочнением. Делается акцент на те упругопластические модели и условия нагружения, которые позволяют учитывать эффекты невырождения гистерезисных петель.

Еще

Гранулированная среда, уравнения состояния, определяющие соотношения, динамика

Короткий адрес: https://sciup.org/14320751

IDR: 14320751   |   DOI: 10.7242/1999-6691/2015.8.1.4

Список литературы Континуальные модели в динамике гранулированных сред. Обзор

  • Адамов А.А., Матвеенко В.П., Труфанов Н.А., Шардаков И.Н. Методы прикладной вязкоупругости. -Екатеринбург: УрО РАН, 2003. -412 с.
  • Васин Р.А. Определяющие соотношения теории пластичности//Итоги науки и техники. Серия: Механика деформируемого твердого тела. -М.: ВИНИТИ, 1990. -Т. 21. -С. 3-75.
  • Ивлев Д.Д. Теория идеальной пластичности. -М.: Наука, 1966. -232 с.
  • Ильюшин А.А. Пластичность. Основы общей математической теории пластичности. -М.: Изд-во АН СССР, 1963. -271 с.
  • Качанов Л.М. Основы теории пластичности. -М.: Наука, 1969. -420 с.
  • Клюшников В.Д. Математическая теория пластичности. -М.: Изд-во Моск. ун-та, 1979. -208 с.
  • Николаевский В.Н. Собрание трудов. Геомеханика. Том 1. Разрушение и дилатансия. Нефть и газ. -М.-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», Институт компьютерных исследований, 2010. -640 с.
  • Поздеев А.А., Трусов П.В., Няшин Ю.И. Большие упругопластические деформации: теория, алгоритмы, приложения. -М.: Наука, 1986. -232 с.
  • Работнов Ю.Н. Элементы наследственной механики твердых тел. -М.: Наука, 1977. -384 с.
  • Седов Л.И. Механика сплошной среды. -М.: Наука, 1970. -Том 2. -568 с.
  • Truesdell C., Toupin R. The classical field theories//Handbuch der Physik, vol. III/1/Ed. by S. Flügge. -Springer, 1960.
  • Ericksen J.L. Tensor Fields. Handbuch der Physik, vol. III/1/Ed. by S. Flügge. -Springer, 1960.
  • Wang C.-C., Truesdell C. Introduction to rational elasticity. -Springer, 1973.
  • Jackson R. Some mathematical and physical aspects of continuum models for the motion of granular materials//Theory of dispersed multiphase flow/Ed. by R.E. Meyer. -Academic Press, San Diego, 1983. -Pp. 291-337.
  • Nesterenko V.F. Dynamics of heterogeneous materials. -Springer-Verlag, New York, 2001.
  • Nesterenko V.F., Herbold E.B., Benson D.J., Jeonghoon Kim J., Daraio C. Strongly nonlinear behavior of granular chains and granular composites//J. Acoust. Soc. Am. -2008. -Vol. 123, no. 5. -P. 3271.
  • Herbold E.B., Nesterenko V.F., Benson D.J., Cai J., Vecchio K.S., Jiang F., Addiss J.W., Walley S.M., Proud W.G. Particle size effect on strength, failure, and shock behavior in polytetrafluoroethylene-Al-W granular composite materials//J. Appl. Phys. -2008. -Vol. 104. -103903.
  • Sen S., Hong J., Bang J., Avalos E., Doney R. Solitary waves in the granular chain//Phys. Rep. -2008. -Vol. 462, no. 2. -P. 21-66.
  • Molinari A., Daraio Ch. Stationary shocks in periodic highly nonlinear granular chains//Phys. Rev. -2009. -Vol. E 80. -056602.
  • Sun J., Sundaresan S. Radial hopper flow prediction using a constitutive model with microstructure evolution//Powder Technol. -2013. -Vol. 242. -P. 81-85.
  • Ломакин Е.В., Работнов Ю.Н. Соотношения теории упругости для изотропного разномодульного тела//МТТ. -1978. -№ 6. -С. 29-34.
  • Ломакин Е.В. Нелинейные деформирования материалов, сопротивление которых зависит от вида напряженного состояния//МТТ. -1980. -№ 4. -С. 92-99.
  • Маслов В.П., Мосолов П.П. Общая теория решений уравнений движения разномодульной упругой среды//ПММ. -1985. -Т. 49. -С. 419-437.
  • Volokh K.Y. Hyperelasticity with softening for modeling materials failure//J. Mech. Phys. Solids. -2007. -Vol. 55, no. 10. -P. 2237-2264.
  • Kuznetsov S.V. Direct boundary integral equation method in the theory of elasticity//Quart. Appl. Math. -2005. -Vol. 63. -P. 455-467.
  • Norris A.N., Johnson D.L. Nonlinear elasticity of granular media//J. Appl. Mech. -1997. -Vol. 64, no. 1. -P. 39-49.
  • Coste C., Gilles B. On the validity of Hertz contact law for granular material acoustics//Eur. Phys. J. B. -1999. -Vol. 7, no. 1. -P. 155-168.
  • Амбарцумян С.А., Хачатрян А.А. Основные уравнения теории упругости для материалов, разносопротивляющихся растяжению и сжатию//Инженерный журнал. МТТ. -1966. -№ 2. -С. 44-53.
  • Амбарцумян С.А. Разномодульная теория упругости. -М.: Наука, 1982. -320 c.
  • Truesdell C. The simplest rate theory of pure elasticity//Commun. Pur. Appl. Math. -1955. -Vol. 8, no. 1. -P. 123-132.
  • Truesdell C. Hypo-elasticity//J. Rat. Mech. Anal. -1955. -Vol. 4. -P. 83-133, p. 1019-1020.
  • Truesdell C. Remarks on hypo-elasticity//J. Res. Nat. Bur. Stand. -1963. -Vol. 67B, no. 3. -P. 141-143.
  • Thomas T.Y. Combined elastic and Prandtl-Reuss stress-strain relations//Proc. Nat. Acad. Sci. USA. -1955. -Vol. 41. -P. 720-726.
  • Green A.E. Hypo-elasticity and plasticity//Proc. Roy. Soc. London. -1956. -Vol. A234. -P. 46-59.
  • Gurtin M.E. On the hypoelastic formulation of plasticity using the past maximum of stress//J. Appl. Mech. -1983. -Vol. 50, no. 4a. -P. 894-896.
  • Bernstein B., Ericksen J.L. Work functions in hypo-elasticity//Arch. Ration. Mech. An. -1958. -Vol. 1, no. 1. -P. 396-409.
  • Varley E., Dunwoody J. The effect of non-linearity at an acceleration wave//J. Mech. Phys. Solids. -1965. -Vol. 13, no. 1. -P. 17-28.
  • Nariboli G.A., Juneja B.L. Wave propagation in an initially stressed hypo-elastic medium//Int. J. Nonlinear Mech. -1971. -Vol. 6, no. 1. -P. 13-25.
  • Chandrasekharaiah D.S. On hypo-elastic transverse surface waves in an internal stratum//Appl. Sci. Res. -1976. -Vol. 32, no. 4. -P. 347-353.
  • Chandrasekharaiah D.S. On Love waves in a stratified hypoelastic solid with material boundary//Proc. Indian Acad. Sci., Sec. A. -1977. -Vol. 86, no. 4. -P. 383-391.
  • Szabó L., Balla M. Comparison of some stress rates//Int. J. Solids Struct. -1989. -Vol. 25, no. 3. -P. 279-297.
  • Kleiber M. On errors inherent in commonly accepted rate forms of the elastic constitutive law//Arch. Mech. -1986. -Vol. 38. -P. 271-279.
  • Simo J.C., Pister K.S. Remarks on rate constitutive equations for finite deformation problems: computational implications//Comput. Method. Appl. M. -1984. -Vol. 46, no. 2. -P. 201-215.
  • Mullins L. Softening of rubber by deformation//Rubber Chem. Technol. -1969. -Vol. 42, no. 1. -P. 339-362.
  • Ogden R.W., Roxburgh D.G. A pseudo-elastic model for the Mullins effect in filled rubber//Proc. Roy. Soc. Lond. A. -1999. -Vol. 455, no. 1988. -P. 2861-2877.
  • Ogden R.W. Pseudo-elasticity and stress softening//Nonlinear elasticity: Theory and applications/Ed. by Y.B. Fu, R.W. Ogden. -Cambridge: Cambridge University Press, 2001. -P. 491-522.
  • Horgan C.O., Saccomandi G. Phenomenological hyperelastic strain-stiffening constitutive models for rubber//Rubber Chem. Technol. -2006. -Vol. 79, no. 1. -P. 152-169.
  • De Tommasi D. Puglisi G., Saccomandi G. A micromechanics-based model for the Mullins effect//J. Rheol. -2006. -Vol. 50. -P. 495-512.
  • Arruda E.M., Boyce M.C. A three-dimensional constitutive model for the large stretch behavior of rubber elastic materials//J. Mech. Phys. Solids. -1993. -Vol. 41, no. 2. -P. 389-412.
  • Boyce M.C., Yeh O., Socrate S., Kear K., Shaw K. Micromechanics of cyclic softening in thermoplastic vulcanizates//J. Mech. Phys. Solids. -2001. -Vol. 49, no. 6. -P. 1343-1360.
  • Cho H., Renaud G.R., Boyce M.C. Constitutive modeling of the rate-dependent resilient and dissipative large deformation behavior of a segmented copolymer polyuria//Soft Matter. -2013. -Vol. 9. -P. 6319-6330.
  • Bruhns O.T. The Prandtl-Reuss equations revisited//ZAMM J. Appl. Math. Mech. -2014. -Vol. 94, no. 3. -P. 187-202.
  • Rakić D., Živković M., Slavković R., Kojić M. Stress integration for the Drucker-Prager material model without hardening using the incremental plasticity theory//Journal of the Serbian Society for Computational Mechanics. -2008. -Vol. 2, no. 1. -P. 80-89.
  • Kukudzhanov V.N. Numerical continuum mechanics. De Gruyter Studies in Mathematical Physics 15. -Berlin: De Gruyter, 2013.
  • Belytschko T., Liu W.K., Moran B., Elkhodary Kh.I. Nonlinear finite elements for continua and structures. -London: Wiley, 2014.
  • Dafalias Y.F., Popov E.P. A model of nonlinearly hardening materials for complex loading//Acta Mech. -1975. -Vol. 21, no. 3. -P. 173-192.
  • Chaboche J.L. Constitutive equation for cyclic plasticity and cyclic viscoplasticity//Int. J. Plasticity. -1989. -Vol. 5, no. 3. -P. 247-302.
  • Chaboche J., Cailletaud G. Integration methods for complex plastic constitutive equations//Comput. Method. Appl. M. -1996. -Vol. 133, no. 1-2. -P. 125-155.
  • Wallin M., Ristinmaa M. Deformation gradient based kinematic hardening model//Int. J. Plasticity. -2005. -Vol. 21, no. 10. -P. 2025-2050.
  • Pietryga M.P., Vladimirov I.N., Reese S. A finite deformation model for evolving flow anisotropy with distortional hardening including experimental validation//Mech. Mater. -2012. -Vol. 44. -P. 163-173.
  • Menétrey Ph., Willam K.J. Triaxial failure criterion for concrete and its generalization//ACI Struct. J. -1995. -Vol. 92. -P. 311-318.
  • Rajchenbach J. Flow in powders: From discrete avalanches to continuum regime//Phys. Rev. Lett. -1990. -Vol. 65. -P. 2221-2224.
  • Nedderman R.M. Statics and kinematics of granular materials. -Cambridge University Press, 2005.
  • Borja R.I., Sama K.M., Sanz P.F. On the numerical integration of three-invariant elastoplastic constitutive models//Comput. Method. Appl. M. -2003. -Vol. 192, no. 9-10. -P. 1227-1258.
  • Rycroft Ch.H., Kamrin K., Bazant M.Z. Assessing continuum postulates in simulations of granular flow//J. Mech. Phys. Solids. -2009. -Vol. 57, no. 5. -P. 828-839.
  • Krenk S. Characteristic state plasticity for granular materials: Part I: Basic theory//Int. J. Solids Struct. -2000. -Vol. 37, no. 43. -P. 6343-6360.
  • Khoei A.R., Azami A.R. A single cone-cap plasticity with an isotropic hardening rule for powder materials//Int. J. Mech. Sci. -2005. -Vol. 47, no. 1. -P. 94-109.
  • Potts D.M., Gens A. The effect of the plastic potential in boundary value problems involving plane strain deformation//Int. J. Numer. Anal. Met. -1984. -Vol. 8, no. 3. -P. 259-286.
  • Krenk S. A generalized Cam-Clay model//IUTAM Symposium on Theoretical and Numerical Methods in Continuum Mechanics of Porous Materials. Solid Mechanics and Its Applications. -2002. -Vol. 87. -P. 33-38.
  • Borja R.I. Cam-Clay plasticity. Part V: A mathematical framework for three-phase deformation and strain localization analyses of partially saturated porous media//Comput. Method. Appl. M. -2004. -Vol. 193, no. 48-51. -P. 5301-5338.
  • Khoei A.R., Azami A.R. A single cone-cap plasticity with an isotropic hardening rule for powder materials//Int. J. Mech. Sci. -2005, vol. 47, no. 1. -P. 94-109.
  • Das A., Nguyen G.D., Einav I. Compaction bands due to grain crushing in porous rocks: A theoretical approach based on breakage mechanics//J. Geophys. Res.-Sol. Ea. -2011. -Vol. 116, no. B8. -P. 1-14.
  • Das A., Nguyen G.D., Einav I. The propagation of compaction bands in porous rocks based on breakage mechanics//J. Geophys. Res. -Sol. Ea. -2012. -Vol. 118, no. 5. -P. 2049-2066.
  • Lade P., Yamamuro J., Bopp P. Significance of particle crushing in granular materials//J. Geotech. Eng-ASCE. -1996. -Vol. 122, no. 4. -P. 309-316.
  • Carter J.P., Booker J.R., Wroth C.P. A critical state soil model for cyclic loading//Soil mechanics -transient and cyclic loads/Ed. by G.N. Pande, O.L. Zienkiewicz. -London: Wiley, 1982. -P. 219-252.
  • Ишлинский А.Ю. Некоторые применения статистики к описанию законов деформирования тел//Изв. АН СССР. ОТН. -1944. -№ 9. -С. 583-590.
  • Пальмов В.А. Колебания упруго-пластических тел. -М.: Наука, 1976. -328 с.
  • Пальмов В.А. Колебания упруго-пластических тел//МТТ. -1971. -№ 4. -С. 122-130.
  • Кадашевич Ю.И., Новожилов В.В. Об учете микронапряжений в теории пластичности//МТТ. -1968. -№ 3. -С. 82-91.
  • Кадашевич Ю.И., Новожилов В.В. О влиянии начальных микронапряжений на макроскопическую деформацию поликристаллов//ПММ. -1968. -Т. 32, № 5. -С. 908-922.
  • Давиденков Н.Н. О рассеянии энергии при вибрациях//ЖТФ. -1938. -Т. 8, № 6. -С. 483-499.
  • Karnopp D., Scharton T.D. Plastic deformation in random vibration//J. Acoust. Soc. Am. -1966. -Vol. 39, no. 6. -P. 1154-1161.
  • Kolymbas D. A generalized hypoelastic constitutive law//Proc. of the 11th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, 12-16 August 1985, San Francisco. -Vol. 5. -P. 2626.
  • Gudehus G. A comprehensive constitutive equation for granular materials//Soils and Foundations. -1996. -Vol. 36, no. 1. -P. 1-12.
  • Wolffersdorff von P.-A. A hypoplastic relation for granular materials with a predefined limit state surface//Mech. Cohes.-Frict. Mat. -1996. -Vol. 1, no. 3. -P. 251-271.
  • Kolymbas D. Barodesy: The next generation of hypoplastic constitutive models for soils//Computational Engineering/Ed. by G. Hofstetter. -Springer International Publishing Switzerland, 2014. -P. 43-58.
  • Kolymbas D. Barodesy as a novel hypoplastic constitutive theory based on the asymptotic behaviour of sand//Geotechnik. -2012. -Vol. 35, no. 3. -P. 187-197.
  • Jaeger H.M., Nagel S.R., Behringer R.P. Granular solids, liquids, and gases//Rev. Mod. Phys. -1996. -Vol. 68. -P. 1259-1273.
  • Midi G.D.R. On dense granular flows//Eur. Phys. J. E. -2004. -Vol. 14, no. 4. -P. 341-365.
  • Rycroft C.H., Kamrin K., Bazant M.Z. Assessing continuum postulates in simulations of granular flow//J. Mech. Phys. Solids. -2009. -Vol. 57, no. 5. -P. 828-839.
  • Khoei A.R., Mohammadnejad T. Numerical modeling of multiphase fluid flow in deforming porous media: A comparison between two-and three-phase models for seismic analysis of earth and rockfill dams//Comput. Geotech. -2011. -Vol. 38, no. 2. -P. 142-166.
  • Hashiguchi K. Mechanical requirements and structures of cyclic plasticity models//Int. J. Plasticity. -1993. -Vol. 9, no. 6. -P. 721-748.
  • Halama R. A modification of AbdelKarim-Ohno model for ratcheting simulations//Technical Gazette. -2008. -Vol. 15, no. 3. -P. 3-9.
  • Vincent L. Calloch S., Marquis D. A general cyclic plasticity model taking into account yield surface distortion for multiaxial ratcheting//Int. J. Plasticity. -2004. -Vol. 20, no. 10. -P.1817-1850.
  • Numerical models in geomechanics//Proc. of the 6th International Symposium Numog VI, Montreal, Canada, 2-4 July 1997. -106 p.
Еще
Статья научная