FRP筋混凝土双向板的非线性分析程序设计

采用三维二十节点等参单元,整体式有限元模型（将FRP筋分布到混凝土单元中）,对集中荷载作用下FRP筋混凝土双向板的开裂及极限冲切承载力进行了非线性数值分析．混凝土材料的本构关系采用非线性弹性理论中的全量E-v型,破坏准则选取改进的Ottosen四参数公式,裂缝模型选取弥散裂缝模型．经过以上处理,编制了有限元分析程序．程序计算结果与实验数据的比较表明：计算结果与试验值符合良好,分析过程合理,选用合理的材料本构模型、破坏准则和裂缝模型,利用本文程序可以较好地模拟FRP筋混凝土双向板的试验过程．     

斜向水平荷载作用下钢筋混凝土柱受剪承载力有限元分析

为研究钢筋混凝土框架柱在斜向水平荷载作用下的受剪承载力和破坏机理,采用混凝土三维亚弹性正交各向异性本构关系模型(既适用于比例加载又适用于非比例加载)和旋转型弥散裂缝法(旋转裂缝垂直于主拉应变方向),应用非线性有限元法进行分析,并与试验值进行了比较.结果表明:计算值与试验结果吻合较好;斜向水平荷载作用方向对矩形截面不等肢配箍钢筋混凝土框架柱受剪承载力的影响符合椭圆规律.     

土与结构间一种新的接触单元模型

将非线性弹性理论与弹塑性理论相结合,对于土与结构间接触面切线方向提出了一种非线性弹性-理想塑性本构模型,用于模拟土与结构相互作用体系中切向变形与破坏机理.该模型将接触带内的变形分为剪切变形与错动变形两部分,对于法线方向采用法向应力与法向相对变形之间的非线性模型.将该模型与有厚度接触面单元相结合,提出了一种用于有限元计算的接触带单元.详细推导了该模型的弹塑性矩阵以及应力修正方法.     

基于OpenSees的节段拼装桥墩抗震性能数值分析

为对预应力混凝土节段拼装桥墩抗震性能的数值分析提供依据,应用OpenSees有限元计算程序,选取非线性纤维梁柱单元配合适当的材料本构模型,对桥墩的混凝土节段、接缝及预应力筋进行模拟.首先,介绍桥墩材料所选用的本构模型;然后,介绍模型对各部件的模拟方法、纤维网格划分以及边界条件设置;其次,开展模型分析并将计算结果与拟静力...     

一种受剪细观损伤单元模型及其应用

基于剪切损伤破坏机制,发展了相应的细观损伤单元模型,它由弹脆性的微弹簧和模拟裂缝滑移的塑性元件组成.混凝土单轴受压时的宏观性能可用受剪细观损伤单元的并联体来解释,由此建立了混凝土单轴受压的损伤本构关系模型,并建议了塑性变形的简化计算方法.通过引入混凝土剪切单元破坏应变分布随机场,推导了应力与损伤的均值、标准差的表达式.根据混凝土单轴受压时的应力-应变全曲线试验结果,结合随机建模原理和优化算法确定随机场参数和材料参数,将分析得出的受压随机应力-应变关系与试验结果进行比较,二者吻合良好.     

空心圆钢管混凝土轴压短柱有限元分析

目的通过研究找到最适合空心钢管混凝土轴压短柱的混凝土本构关系模型.方法选取6种常用的混凝土本构关系模型,结合已有试验结果,应用有限元软件ABAQUS建立模型进行验证,找出适合的混凝土本构关系.改变钢材强度、钢管壁厚、混凝土强度、空心率等参数,研究不同参数对混凝土力学性能影响.结果随钢管屈服强度、钢管壁厚和空心率的增大,混凝土分担的荷载减小;随混凝土强度的提高,混凝土分担的荷载增加.对于空心钢管混凝土轴压短柱,μ_e0.24时,其混凝土本构关系可采用改进后的模型MC7;0.24≤μ_e≤0.35时,可采用模型MC6;μ_e0.35时,可采用模型MC1或MC2.结论采用改进后混凝土本构关系的空心钢管混凝土轴压短柱有限元分析结果与试验结果吻合良好.     

边界元法分析区域不划分单元的粘弹性问题

本文根据一般形式的积分型粘弹性模型,推出与古典弹性力学中相似的本构方程.在不经任何积分变换的情况下,用Kelvin基本解导出不用划分域内单元的边界积分方程,并进一步推导出多区域情况的离散化计算公式.最后用PT粘弹性模型计算了平面应变问题的算例.结果表明,用此法计算具有计算简单、精度高等特点.     

混凝土裂缝扩展单元能量演变分析

假设材料为黏弹性材料时,带缝混凝土结构在荷载作用下,缝岸相对位移将逐渐增大,如果采用位移直接法计算缝端应力强度因子,该应力强度因子将逐渐增大,甚至可能大于混凝土的断裂韧度。基于信息熵理论对黏弹性材料的断裂问题进行了研究,分析表明,如果结构为黏弹性体,那么结构在流变过程中不涉及到能量的耗散和释放,结构信息熵为一常数,裂缝并不会失稳,即位移直接法不适用于流变断裂问题。对钝裂缝带模型进行了研究,认为裂缝扩展单元开裂时,将引起结构能量的释放,该释放能等于外力功与总弹性应变能的差值,也近似等于裂缝扩展单元开裂前后的总弹性应变能的差值。对于线弹性断裂力学问题,这2个能量差值与裂缝前沿的虚拟扩展长度(平面问题)或虚拟扩展面积(空间问题)的比值,通过简单的转化即可以获得缝端应力强度因子。分析还表明,钝裂缝带模型一定程度上不依赖于网格粗细,且相对分离裂缝模型而言,其剖分网格较方便。     

储层-裂缝组合单元在水力压裂井产能模拟中的应用

采用储层-裂缝组合单元模拟压裂改造后的储层、裂缝力学型态,推导相关有限元公式并进行压裂井产能模拟分析.这种方法的实质是将裂缝的质量、刚度矩阵变换叠加到储层整体相应方程矩阵中,以更精确反映裂缝开发动态参数的影响.计算结果表明:采用储层-裂缝组合单元有效解决了储层-裂缝网格尺度匹配的问题;反力算法避免了在高导流裂缝局部求解压力梯度产生的计算误差,提高了运算速度和求解压裂井产能的精度,为水力压裂井生产动态模拟和设计方案优化提供了新的处理方法.     

混凝土的连续损伤模型和弥散裂缝模型

将经典的混凝土弥散裂缝模型应用到所建议的一类基于能量的弹塑性损伤本构模型的统一理论框架中 ,并推导了剪切模量和剪力保持因子与受剪损伤变量的关系式 .模型可以直接应用于多维应力状态下 ,避免了弥散裂缝模型中存在的参数经验取值问题 .最后 ,通过一个钢筋混凝土单向板的数值算例 ,验证了模型的有效性 .     

粘接界面本构模型研究进展

粘接界面本构模型的主要特点是不像经典断裂力学根据材料弹性或塑性分析得到宏观的断裂标准来判断是否开裂和扩展。在界面本构模型中,材料的强度和韧度、裂纹的形成和扩展都由界面的本构关系所决定。介绍了目前主要的5个界面模型,给出这些模型的特点和界面开裂时的拉力与位移关系。     

合理选择丁腈橡胶胶筒本构模型探讨

根据大变形橡胶理论和试验数据,利用最小二乘法原理,导出了确定橡胶本构模型系数的公式和评价本构模型优劣的公式。以两种封隔器胶筒材料—701#和29#丁腈橡胶的压缩试验数据为例,确定了二常数、三常数、五常数和九常数Mooney-Rivlin（简称M-R）本构模型和Yeoh三次幂本构模型的待定系数,进行了模型的误差评估和比较。结果表明：Yeoh三次幂本构模型拟合701#和29#材料试验数据能够满足精度要求,但M-R二常数本构模型误差太大;701#丁腈橡胶材料应选择M-R五常数以上本构模型;29#丁腈橡胶材料应选择三常数以上本构模型。     

基于EPHF模型均质多孔岩石材料水力压裂特性

基于流固耦合理论,在基于渗透率的水力压裂(PHF) 模型基础上建立了扩展渗透率的水力压裂(extended permeability-based hydraulic fracture,EPHF) 模型.该模型假设岩石材料在开裂过程中渗透率的改变为平均有效应力的函数,采用多孔介质弹性本构关系和Drucker-Prager塑性模型描述岩石材料开裂前后的力学行为,孔隙流体采用达西定律描述.引入LET模型和混合黏滞系数考虑等效开裂区域内由压裂液与原液体混合引起的渗透率修正.分析了抗拉强度对关键位置的水压力和应力路径发展过程的影响,以及等效开裂区域和裂缝高度随注水时间的变化过程.结果表明:裂缝路径上的点(不含注水点) 的水压力先降低后增加至传播压力;当有效应力差和初始水压力同时保持不变时或当总应力不变时,起裂压力随有效应力比的增加而降低.     

熔丝成型薄板拉伸性能的理论与实验研究

由于熔丝成型(fused filament fabrication，FFF)技术逐层沉积的制造工艺特点，其产品的拉伸性能存在着明显的局限性.为了能够提出切实有效的改进措施，需要明确FFF产品相应的机理，即建立本构关系理论模型.基于经典弹性力学理论，对FFF薄板试件的本构关系进行了理论建模，完成了试件拉伸性能的解析研究;然后利用拉伸实验机获得了试件拉伸性能的实验结果;最后，分别将X和Z方向打印试件的理论与实验的应力-应变曲线结果相对比，发现二者吻合度较好，验证了理论模型的正确性与准确性.     

基于BARTON-BANDIS本构模型的节理岩体边坡稳定性离散元模拟分析

利用离散元对节理岩体工程进行稳定性模拟分析时,节理的本构关系对模拟结果有重要的影响,详细的介绍了基于离散元UDEC软件,利用Barton-Bandis (BB)和Mohr-Coulomb(MC)两种本构模型分析节理岩体边坡稳定性的主要区别。在BB模型中,由于膨胀角随剪切运动呈非线性变化,分析节理岩体边坡所得到的运动规律与现场监测数据所反映的边坡运动规律一致,因此,离散元中BB模型更适合用来分析节理岩体工程。根据BB模型模拟分析的结果,对依托工程边坡采取了喷射厚度10 cm混凝土进行加固的措施,模拟结果表明,喷射10 cm混凝土对边坡稳定性起到了良好的加固作用,依托工程正是按此加固方案进行施工。     

钢筋混凝土简支梁结构破坏过程的损伤模型与数值模拟

将损伤力学理论与有限元法相结合,研究钢筋混凝土简支梁静载作用下的损伤破坏过程.基于弹性损伤一般理论,考虑了混凝土材料在受拉与受压状态下损伤行为的不同,建立了含三个独立参数的损伤力学模型.运用损伤力学-附加荷载-有限元法,对钢筋混凝土简支梁结构的损伤破坏过程进行了数值分析,其破坏模式和位移的理论结果与试验结果相吻合.研究结果表明,该损伤本构模型可较好地描述钢筋混凝土简支梁结构的损伤与破坏行为.     

基于不同节理模型的岩体边坡稳定性分析

利用离散元对节理岩体工程进行稳定性分析时,节理的本构关系对分析结果有重要的影响.详细介绍了基于离散元UDEC软件,利用Barton-Bandis(BB)和Mohr-Coulomb(MC)本构模型分析节理岩体边坡稳定性的主要区别.在BB模型中,由于膨胀角随剪切运动呈非线性变化,节理岩体边坡分析所得到的运动规律与现场监测数据所反映的边坡运动规律一致,而MC模型分析结果则与现场监测数据所反映的边坡运动规律相差甚大,因此,离散元中BB模型更适合于用来分析节理岩体工程.根据BB模型模拟分析的结果,对依托工程边坡采取了喷射厚度10 cm混凝土进行加固的措施,模拟结果表明,喷射10 cm混凝土对边坡稳定性起到了良好的加固作用,依托工程正是按此加固方案进行施工.     

岩体拉破坏非线性分析有限元程序的编制及其算例

根据岩体拉破坏的本构关系建立了岩体拉破坏非线性分析的有限元程序,并用简单的算例证明了该有限元模型的合理性和程序编制的正确性·把该程序嵌入到一般的岩体弹性及弹塑性分析有限元程序中,较好地反映了岩体受拉应力作用的变形特征·     

基于修正摩尔库伦模型的深基坑变形数值分析

为了探究深基坑变形数值分析中模型参数的重要性,运用MIDAS-GTS/NX有限元分析软件,分别采用摩尔库伦模型(MC)、参考应力不变的修正摩尔库伦模型(MMC)以及参考应力随基坑深度变化的修正摩尔库伦模型(MMC),进行排桩支护变形和地表沉降的数值模拟,并与实际监测结果进行对比分析,结果表明:在地表沉降预测上,摩尔库伦模型(MC)预测沉降值与实测值相差较大,预测沉降影响距离是实测沉降影响距离的2倍左右;在排桩水平位移预测上,MC模型预测位移完全大于实测位移,且发生最大水平位移处排桩深度与实际深度不符;MMC模型预测值与实测值相差不大,且两者位移规律曲线较为吻合.因此不同参考应力下的MMC本构模型比单一参考应力下的MMC本构模型预测变形更加精确,故使用不同参考应力下的MMC本构模型进行基坑开挖变形预测更具参考价值.     

混凝土双向受力下非线性弹性本构关系的分析方法

介绍了基于非线性弹性理论建立的不同本构模型的分析方法,给出并推导了模型中各变量的表达形式,以便描述混凝土在压缩范围内及破坏前的非线性变形,作为建立混凝土本构理论精确数学模型的基础.这些弹性模型必须与定义材料的破坏准则、定义压溃的断裂准则和"应变软化"混凝土在破坏后的应力转换结合起来.