發(fā)布時間：2020-07-09 21:38

【摘要】：混凝土結(jié)構(gòu)的破壞通常是由高度局部化的非均勻變形(即應(yīng)變局部化)引起的,這種局部失效及其發(fā)展被認(rèn)為是結(jié)構(gòu)破壞的前兆。因此,在現(xiàn)如今人們對混凝土結(jié)構(gòu)精細(xì)化分析與設(shè)計的要求越來越高的背景下,預(yù)測局部破壞的發(fā)生以及量化其對整體結(jié)構(gòu)響應(yīng)的不利影響至關(guān)重要。隨著計算機軟硬件與計算力學(xué)的快速發(fā)展,數(shù)值模擬方法以其效率高、可操作性強和可重復(fù)性好的優(yōu)勢,逐漸為人們所重視。然而,已有的數(shù)值模擬方法及其理論基礎(chǔ)往往無法滿足混凝土結(jié)構(gòu)精細(xì)化分析與設(shè)計的需求。因此,亟需建立和發(fā)展能夠更為精確地反映混凝土結(jié)構(gòu)全周期響應(yīng)行為的理論和數(shù)值方法。2017年,Wu基于熱力學(xué)基本理論,探尋到斷裂力學(xué)領(lǐng)域中的經(jīng)典相場損傷模型和損傷力學(xué)領(lǐng)域中的梯度損傷模型之間的共通點,提出了統(tǒng)一相場損傷理論。不僅將相場模型的應(yīng)用領(lǐng)域由脆性材料推廣至準(zhǔn)脆性材料,實現(xiàn)了對眾多相場模型的規(guī)范化與統(tǒng)一化,而且從理論(數(shù)值)上搭建起了斷裂力學(xué)(離散裂縫模型)與損傷力學(xué)(彌散裂縫模型)之間的橋梁,迅速引起了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。本文首先對統(tǒng)一相場損傷理論的數(shù)值實現(xiàn)進(jìn)行研究,在攻克交錯求解算法、位移場與相場自由度交替問題等數(shù)值實現(xiàn)技術(shù)難題后,統(tǒng)一相場損傷理論在JIVE、OOFEM等開源有限元平臺得以實現(xiàn)。隨后成功將統(tǒng)一相場損傷理論應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)破壞全過程分析中,旨在為混凝土結(jié)構(gòu)破壞全過程的仿真分析提供新的路徑。通過對相場子問題的測試分析,驗證了統(tǒng)一相場損傷理論對物理裂縫進(jìn)行規(guī)范化拓?fù)涞暮侠硇浴＿M(jìn)一步通過對一系列混凝土破壞基準(zhǔn)試驗進(jìn)行模擬分析,得到了相場長度尺寸與網(wǎng)格單元尺寸的最優(yōu)組合比以及建議組合比,并說明了統(tǒng)一相場損傷理論在混凝土I型、混合型破壞中的適用性及優(yōu)越性。與此同時也驗證了交錯求解算法具備良好的健壯性。此外,通過兩組脆性材料試驗的分析,說明統(tǒng)一相場損傷理論不僅適用于混凝土等準(zhǔn)脆性材料,也適用于脆性材料,驗證了統(tǒng)一相場損傷理論對經(jīng)典相場損傷模型進(jìn)行了規(guī)范化和統(tǒng)一化。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TU37
【圖文】：

研究背景凝土是在土木工程當(dāng)中用量最大、應(yīng)用最廣的材料。據(jù)統(tǒng)計，2018 年我國用量已突破 20 億立方米。在高層建筑、橋梁、核電站、道路以及大壩等結(jié)構(gòu)中，混凝土材料均扮演著承載支撐的關(guān)鍵角色�？梢娀炷�土結(jié)構(gòu)關(guān)系民眾安全。年來，隨著人民的生活水平提高以及建造宜居環(huán)境的意識增強，人們對房設(shè)施的安全性、使用性、耐久性等提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)，這就需要混凝土結(jié)化方向發(fā)展。然而，在混凝土建設(shè)工程繁榮興盛的大背景下，盡管國內(nèi)外十年間已從理論分析及數(shù)值模擬等方面做了大量的貢獻(xiàn)，但鑒于混凝土材性，目前關(guān)于混凝土的理論方法、模擬方法等均未能滿足混凝土結(jié)構(gòu)精細(xì)。因此，對現(xiàn)有的混凝土理論、數(shù)值模型進(jìn)行優(yōu)化和創(chuàng)新十分具有意義。

華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文局部失效，即在很小的局部帶內(nèi)高度局部化的非均勻變形所導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)破壞，與此同時局部帶外區(qū)域進(jìn)入彈性卸載狀態(tài)。宏觀上混凝土結(jié)構(gòu)的破壞通常都是由局部失效及其發(fā)展所引起，因此，預(yù)測裂縫的發(fā)生和量化裂縫對混凝土結(jié)構(gòu)響應(yīng)的不利影響是至關(guān)重要的。

離散裂縫模型（強不連續(xù)）示意圖 (b) 彌散裂縫模型（弱不連續(xù)）示圖 1-3 傳統(tǒng)應(yīng)變局部化及破壞近似方法離散裂縫模型和彌散裂縫模型位移場及應(yīng)變場的示意圖。離移場表征混凝土的應(yīng)變局部化，在位移跳躍處應(yīng)變?yōu)闊o窮大，連續(xù)；而彌散裂縫模型則通過一個連續(xù)但不光滑的位移場所引混凝土的應(yīng)變局部化，此類不連續(xù)被稱作弱不連續(xù)。將它們進(jìn)縫模型更接近于物理上的裂縫張開，但在數(shù)值實現(xiàn)上，由于彌的奇異點而略勝一籌。縫模型（斷裂力學(xué)）主要解決一條或多條預(yù)知裂縫的擴(kuò)展問題單元邊界處設(shè)置界面單元來模擬裂縫引起的位移跳躍，因此也采用了基于混凝土斷裂能的粘聚裂縫模型，離散裂縫模型能與網(wǎng)格的大小無關(guān)；但是受到裂縫擴(kuò)展路徑需要預(yù)先設(shè)定的限

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 李杰,吳建營;混凝土彈塑性損傷本構(gòu)模型研究 Ⅰ:基本公式[J];土木工程學(xué)報;2005年09期

本文編號：2748012