应变软化

指材料试件经1次或多次加载和卸载后，进一步变形所需的应力比原来的要小，即应变后材料变软的现象

应变软化（strain softening）是指材料试件经1次或多次加载和卸载后，进一步变形所需的应力比原来的要小，即应变后材料变软的现象。应变软化过程中，随着应力的加大，应变增长的速率加快。动态恢复、动态重结晶作用以及流体的加入等都有利于应变软化。这种材料行为，即称为应变软化。

简介

聚合物材料对应变的阻力随应变的增加而减小的现象，其可表现为聚合物受应力作用超过屈服点时，其应力-应变曲线斜率(或仅仅是应力本身)减小的现象。当应力用表观应力表示时，它可简单地解释为由于样品截面积的减小而使表观应力值下降，但是它也可以是一种固有的应变软化，因为在时间-应力曲线上可以观测到这种现象。

应变软化可引起局部应变即不均匀应变现象。应变软化现象是由于较大应变时，大分子链各物理交联点发生重新组合，形成有利于形变发展的超分子结构所致。玻璃态聚合物的高度应变软化是导致形成剪切带的重要原因。应变软化的程度和剪切带的严重程度，不仅与聚合物的化学组成有关，也与温度、应变速率和聚合物材料的热历史有关。

混凝土的应变软化特性

关于应变软化的物理过程，Read和Hegemier(1984)对岩土和混凝土的应变软化进行了相关的试验研究，发现描述岩石和混凝土的应变软化特性的大量数据来自于实验室无围压压缩试验和三轴压缩试验。从无围压(单轴)压缩试验产生的数据通常是轴向力 F 随(控制)轴向位移 u 的变化，因此，应力-应变关系可表达为

其中，σ和ε分别表示轴向应力和轴向应变；A0和L0分别是初始截面积和未变形时试件的长度。显然，这样得到的应力和应变值不是真实值，除非它们满足下列三个条件：(1)试件必须是均质的。(2)试件必须处于均匀应力和均匀应变状态中。(3)整个试验过程中试件的几何尺寸没有大的变化。但是，相关研究文献指出，岩石和混凝土的应变软化并不完全满足上述三个条件。一般来说，应变软化的初始状态反映了从一个连续体到一个结构的转变和(或)试件局部几何尺寸的明显改变。因此，如果按通常情况的应力-应变描述，直接从测定的轴向应力一位移数据中得到的应变软化不是真实的材料特性，而是一种结构的性质，也就是说，试件的均匀性发生了改变，几何尺寸发生较大的变化，应变软化是这些变化的结果。

应变软化岩体分析原理及其应用研究

研究介绍

在岩土工程中，工程岩土体大多呈现应变软化现象，室内单轴（或三轴）力学试验和现场大尺寸压缩（或剪切）试验很好地佐证了岩土介质的这种力学特性。为了较为准确地分析工程岩土体的变形与受力情况，国内外众多学者采用不同的方法、从不同的角度对应变软化行为的发生机制、分析理论及方法进行了系统的研究，取得了卓有成效的成果。综合而言，应变软化研究方法可以划分为细观和宏观分析方法。

针对岩土体软化与脆性破坏问题，从细观角度出发提出的模型与方法有损伤力学模型、细观力学模型、强度统计分布方法和物理细胞自动机方法等，这类方法主要考虑材料颗粒在外载荷作用下引起的变形、错位、损伤和破坏，由此研究其宏观力学响应。这些成果能很好地描述变形局部化的发生与发展机制，解释变形局部化现象，再现应变软化过程中力与变形的关系。由于该类方法中有的引入了一些难以准确确定的参数，理论与方法还有待于完善。而且，其中有些方法离工程应用还有一段距离。

基于经典弹塑性力学理论，该研究将应变软化过程简化为一系列的脆塑性过程，由此，应变软化问题的求解就归结为一系列脆塑性问题的求解。提出了应变软化本构模型分析方法及其相应的有限元求解过程，编制了计算程序，并尝试在工程中进行应用。从理论上讲，该研究方法的核心是求解脆塑性问题；从数值计算结果来看，数值解虽然无法消除网格依赖性，但宏观上得到的变形和塑性区与半解析解的结果是吻合的，与其他方法的解是基本一致的。

研究结论

基于经典弹塑性理论，该研究将峰值后区软化行为分解为一系列的脆塑性过程，避免了直接面对应力-应变曲线负斜率段的困难，并由此提出了一种求解应变软化问题的新方法。

对在均匀初始地应力场中开挖圆形洞室问题，数值解与半解析法得到的结果吻合。对处于高地应力区的URL试验洞问题，模拟得到的洞周“V”形破坏（塑性）区与文献中得到的结果及现场实际情况基本保持一致。与此同时，通过峰值后区强度参数的演化规律，给出了本构模型对应的应力-应变关系曲线，并由此可以分析确定的强度参数的合理性。在分析三维隧道开挖过程中的径向变形沿洞轴方向分布规律时，分别采用弹性、理想弹塑性、应变软化和脆塑性本构模型得到了LDP曲线，与现场测试数据拟合曲线相比，应变软化模型（包括脆塑性模型）得到的结果更符合现场实测数据的分布规律。

由于在脆塑性求解过程中，应力跌落与塑性流动计算主要集中在塑性流动的迭代求解，因此，从理论上而言，解的稳定性与理想弹塑性问题相当。数值试验表明，计算得到的结果（宏观上的变形大小与塑性区范围）基本上不依赖于网格。

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