复杂应力状态下高强混凝土的损伤本构理论及应用

基于高强砼轴向压缩试验测定的压缩应力与应变全曲线及其特征点相对应参数，建立了压缩损伤本构模型；通过理论分析提出了高强砼在主轴系内二向与三向应力状态下的正交各向异性损伤本构模型以及在损伤断裂过程中进行非线性有限元计算的方法     

混凝土单轴应力状态的损伤力学分析及应变软化模型研究

利用先进的Ｉｎｓｔｒｏｎ电液伺服试验机，对混凝土单轴拉伸状态下的应力－应变全曲线进行了实测．根据实测结果和收集的文献资料，运用损伤力学理论，推导了相关的损伤方程，并建立了混凝土的应变软化模型     

混凝土单轴拉伸损伤试验研究

在几组混凝土试件中,采用掺入不同量的引气剂的试验方法,人为地制造随机的细微空隙,以模拟不同程度的损伤,通过测定几组不同损伤程度混凝土试件的弹性模量和绘制试件受力变形曲线,计算了单轴拉伸情形下的初始损伤和峰值应力所对应的损伤。与前人所做的压缩损伤试验比较,探讨了混凝土材料拉伸与压缩时损伤的区别及相同应变水平下拉伸损伤与压缩损伤的关系,并利用指数函数损伤模型推算了混凝土临界损伤。     

混凝土结构温度应力仿真分析

提出了线性损伤－应变耦合模型，可计算结构损伤场随荷载变化的全过程，给出了考虑损伤行为特征的混凝土结构温度应力仿真计算方法，并对混凝土拱坝进行了考虑损伤后的温度应力仿真计算，从而为复杂混凝土结构的真正仿真分析研究奠定了理论基础。     

硫酸盐、干湿循环和冻融循环耦合作用下混凝土单轴受压模拟

本文基于硫酸盐腐蚀混凝土单轴受压试验结果，通过对《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)中无腐蚀混凝土单轴压应力-应变关系中的混凝土损伤演化参数进行修正，建立了硫酸盐、干湿循环和冻融循环耦合作用下混凝土单轴受压本构模型。采用修正后的本构模型，以及ABAQUS软件自带的损伤塑性模型，考虑损伤因子的影响，较好地模拟了硫酸盐、干湿循环和冻融循环耦合作用下混凝土的单轴受压行为。有限元模拟结果表明：随着硫酸盐干湿循环次数和冻融循环次数的增大，混凝土最大受压损伤因子逐渐增大，损伤范围也逐渐扩大；最大主拉应力逐渐减小，中部压应力逐渐增大，等效塑性应变逐渐增大，混凝土破坏更严重;破坏均属于最大拉应变强度破坏。所提有限元模型可动态反映参数变化过程中混凝土的应力发展与损伤状态，可应用于硫酸盐、干湿循环和冻融循环耦合作用下混凝土单轴受压的模拟。     

一种新的混凝土受拉本构模型

混凝土单轴受拉应力-应变曲线存在形式多样且不统一.根据等效应变假设和损伤力学基本原理,建立了单轴受拉混凝土的弹塑性本构模型,可导出已有单轴受拉本构关系,并能反映混凝土的刚度退化和卸载后的残余变形;提出一类损伤函数和不可逆变形表达式,利用应力-应变曲线特征条件和优化算法确定模型参数;与已有受拉结果相比较,模型的预测结果良好。     

混凝土的损伤模型

在已有的混凝土损伤模型的基础上进行分析比较，提出了一个比较符合高强混凝土材料特性的幂函数损伤模型。     

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.     

考虑微裂纹演化时间效应的混凝土动力损伤本构模型

在混凝土静力弹塑性损伤理论的基础上,提出有效损伤驱动力的概念,引入微惯性和微黏性以考虑混凝土微细观裂纹动力演化的率敏感性所导致的材料应变率效应,建立了适用于强动力作用下混凝土结构响应分析的动力损伤本构模型。利用数值分析得到的混凝土应力应变全曲线和动力提高因子表明该模型能够反映材料在中、高应变率作用下的动力力学性能。对Hopkinson杆的数值模拟,也表明了所提出模型的有效性。     

横观各向同性土的弹性非线性损伤分析

提出了一个分析横观向向同性土的各向异性非线性损伤力学模型,以热力学理论为基础,提出考虑各向异性损伤的能量指标概念,构造损伤势函数,建立损伤的演化方程,建立考虑非线性损伤引起的各向异性的弹性应力－应变关系,且应用此模型分析试验,结果与试验吻合。     

水饱和混凝土静力抗拉强度降低细观机理及本构模型

试验研究表明裂纹及孔隙中的自由水降低了混凝土的静力抗拉强度.本文根据表面物理学及水的特性探讨了自由水降低混凝土静力抗拉强度的细观机理,并根据拉伸荷载作用下混凝土中微裂纹的扩展规律和不同阶段微裂纹引起的混凝土非弹性柔度张量的变化,考虑自由水的作用,利用线弹性断裂力学建立了饱和混凝土的受拉本构模型.理论计算与试验应力-应变关系曲线的对比表明:理论模型可以较好地反映饱和混凝土的受拉力学特性.     

混凝土随机损伤本构关系--单轴受压分析

在混凝土受拉随机损伤本构关系研究基础上 ,进一步研究了混凝土单轴受压随机损伤本构关系 .通过考虑混凝土内部各组项的影响 ,建立了混凝土单轴受压损伤机理模型 .通过引入混凝土细观单元受拉破坏应变分布随机场 ,根据混凝土破坏过程的能量守恒原理 ,导出了混凝土受压破坏的随机损伤本构方程 .将导出的理论结果与试验研究进行了对比 ,效果良好 .     

单轴状态下混凝土的静力、动力损伤本构模型

根据混凝土损伤理论及混凝土在单轴拉(压)状态下的变形与损伤特性的试验结果,提出了混凝土在单向受力状态下的静力与动力损伤本构模型。经验证,文中提出的弹塑性本构模型能较好地反映混凝土在单轴状态下的损伤演化规律     

岩石损伤本构模型研究

基于应变强度理论和岩石微元强度服从幂函数分布的假定,利用统计损伤力学的理论,建立了岩石破坏过程中的损伤统计本构模型,并引用试验资料对模型进行了验证。验证结果表明:模型理论曲线与试验实测曲线具有较高的吻合度,所建模型能够比较好的反映岩石在三向压力作用下的应力—应变关系和岩石强度变化特征,说明本文所建立的模型是合理的。     

混凝土抗拉疲劳剩余强度损伤模型

基于连续体损伤力学理论,建立了各向异性混凝土抗拉疲劳剩余强度衰减模型.模型中采用了基于应变能量释放率空间的边界面模型,通过极限断裂面的不断移动模拟疲劳过程中损伤阈值的不断变化.提出了在高周疲劳过程中损伤模量表达式中的D为一与剩余强度有关的变量的观点,并给出了函数表达式.结合已完成的混凝土疲劳抗拉剩余强度试验,确定了模型的参数,并验证了模型的有效性.     

混凝土随机损伤本构关系

结合破坏力学和统计力学的思想,研究了基于损伤随机演化观点的混凝土本构关系和混凝土受拉损伤发展随机演化规律。根据混凝土微细观材料破坏的声发射试验,确定了混凝土微单元破坏应变的随机分布特征。通过对混凝土受拉试件细观物理机制抽分析,揭示了混凝土轴心受拉应力－应变关系中的应力跌落现象,并建立了跌落后的应力表达式。     

基于能量耗散的多轴应力状态下混凝土损伤模型

针对多轴应力状态下的混凝土损伤问题,假设损伤在主应力空间是正交各向异性的,选用Ottosen四参数破坏准则来确定多轴应力状态下混凝土破坏的极限应力,确定强度提高系数,结合Saenz提出的典型单轴本构模型建立等效单轴本构模型.根据Najar损伤理论,定义了综合损伤变量D,从能量耗散的角度提出一种用于多轴应力状态下的混凝土损伤模型.在计算损伤时采用精度较高的高斯积分法,通过对3种不同的三轴比例加载下损伤的研究,初步验证了模型的有效性,且模型形式简单,精度高,便于应用.     

受火(高温)后混凝土的随机损伤本构关系

结合受火(高温)后混凝土的损伤形态和破坏特征,研究了基于损伤随机演化下受火(高温)后混凝土受拉和受压损伤发展的随机演化规律.引入弹簧损伤单元模型,考虑混凝土初始损伤、受火损伤及裂缝闭合下损伤愈合等因子,利用Weibull分布函数进行推演,建立了受火后混凝土单轴抗拉、单轴抗压的随机损伤本构关系模型.通过计算结果与试验数据的对比验证,从理论结果而非试验数据的拟合上解释了受火(影响)后混凝土应力-应变的四大特点,证实了运用随机损伤本构关系反映受火后混凝土破坏机理的可行性.     

混凝土冻融损伤特性的神经网络研究

根据连续介质损伤力学理论,将混凝土的冻融损伤定义为抗压强度的劣化;研究在经历不同冻融循环次数后混凝土损伤的演化规律．首次运用RBF神经网络的理论和方法,建立了混凝土在不同冻融循环次数作用下抗压强度劣化的神经网络模型,对混凝土冻融损伤特性进行了研究．本文的工作为复杂应力状态下经受冻融循环作用的普通混凝土的损伤特性提供了一个崭新的研究途径．