基于损伤力学的混凝土疲劳损伤模型

为了研究混凝土在疲劳荷载作用下力学性能不断劣化过程,从连续介质损伤力学的基本理论出发,根据混凝土的材料性能选定合理的耗散势函数,用残余应变来定义混凝土的损伤量,得到关于残余应变的损伤变量表达式;分析混凝土疲劳损伤的发展规律,选用合适的混凝土微塑性应变方程,推导混凝土在疲劳荷载下的损伤发展率,得到混凝土损伤变量与疲劳次数的关系,从而建立混凝土疲劳损伤模型;利用疲劳实验数据验证模型形式的正确性,并确定模型的参数;由此建立耦合损伤变量的混凝土本构关系模型,可用于疲劳荷载作用下混凝土的有限元分析.     

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。     

高持续荷载下混凝土徐变和损伤耦合机理

为研究混凝土在高持续荷载作用下徐变和损伤的耦合机理.采用加卸载、碱骨料及高温烘烤获得了带不同初始损伤的混凝土,并开展了损伤混凝土在不同应力水平高持续荷载下的徐变试验,分析了混凝土徐变变形和损伤随持荷时间的变化规律,研究了单调加载和持续荷载下材料内部损伤演化和应变能累积的关系.结果 表明:混凝土在长期荷载作用下损伤随徐变应变增加而增大,在损伤稳定发展阶段徐变应变与损伤基本呈线性关系.混凝土在不同荷载形式下应变能和损伤的演化关系相同,可以通过混凝土单轴损伤-应变能关系来表征高持续荷载下徐变和损伤的耦合关系.研究成果可以为长期荷载下混凝土结构分析提供参考.     

大体积混凝土结构的损伤仿真有限元方程

温度、自重、荷载和基础约束等因素都将导致混凝土材料产生损伤,即材料性能劣化,因而混凝土结构是一个随时间变化的损伤场。因此,对大体积混凝土结构的损伤仿真分析非常必要,该文推导了混凝土结构三维损伤有限元方程,为混凝土结构的三维损伤仿真有限元计算奠定了基础,计算结果更加符合实际。     

考虑环境变温作用的大跨桥梁疲劳损伤分析

基于桥梁健康监测系统记录的温度时程数据,研究钢箱梁顶板、底板的温度变化特征和规律,利用间接耦合法将热分析的温度数据作为体荷载施加于结构多尺度有限元模型,获得了环境变温引起的结构应力,实现了从热分析到结构应力的分析.然后,利用健康监测系统记录的应变时程数据,考察车辆荷载和环境变温所引起的应变特征的差异,提取和分离出由环境变温和车辆荷载引起的应变时程,并与模拟得到的应力时程加以对比和相互验证,在此基础上利用连续介质损伤力学理论分析车辆荷载单独作用以及车辆和环境变温交互作用所引起的桥梁累积损伤.结果表明:提出的损伤分析流程可实现桥梁关键部位在考虑环境变温和车辆荷载两种因素作用下的损伤分析.环境变温单独作用所引起的疲劳损伤很小,基本可以忽略,但两者交互作用所引起的结构疲劳损伤相对于车辆单独作用下的损伤有显著差异.在服役初期环境变温的作用并不显著,随着疲劳损伤的不断增加,这种交互作用对结构疲劳损伤累积的影响会愈发明显,即环境温度变化引起的荷载会加速结构服役中后期疲劳损伤的累积速率,进而对结构疲劳寿命产生显著影响.     

混凝土结构裂缝的动力稳定性损伤与断裂

为了得到裂缝尖端损伤产生、发展直至失稳扩展的规律,基于混凝土结构的Brooks损伤演变方程与Loland损伤演变方程,采用有限元软件Ansys,计算混凝土三点弯曲梁在冲击、周期、地震等动荷载作用下的应变;将有限元计算得到的裂缝口张开位移与已有实验结果进行对比分析,并将2种损伤演变方程应用于工程实例Koyna重力坝,建立坝体三维模型,计算地震荷载下的应变,分析其薄弱部位,研究坝体裂缝尖端损伤产生、发展直致失稳扩展的过程。结果表明:有限元计算得到的裂缝口张开位移与已有实验结果数据比较吻合,验证了模拟计算的合理性;结构对不同作用形式的动荷载响应相差很大,其中地震荷载对结构的破坏最显著;坝段在达到起裂损伤后稳定发展,随后达到失稳损伤,裂缝扩展,形成新的损伤区域;2种损伤模型的计算结果相差不大,损伤因子均随时间稳定增长,发展规律一致,说明2种模型均可用于动荷载下混凝土结构裂缝的扩展至失稳的计算和分析。     

混凝土空心板梁铰缝损伤研究

为了研究20m跨径的混凝土空心板梁桥在极限状态下的破坏模式,通过8 m缩尺梁替代20 m原型梁,并通过有限元分析和单梁静载试验验证其合理性。对8m缩尺空心板梁进行单梁及三片梁铰接体系静载结构试验,揭示了板梁损伤及铰缝损伤劣化规律。试验结果表明:8m缩尺梁可以在一定程度上反映出20m原型梁结构的力学性能规律。荷载作用下中梁跨中产生的下挠和应变最大,板梁产生损伤后将迅速发生破坏。铰缝未产生严重损伤前,板梁的挠度、梁底应变与荷载呈线性变化关系;达到严重损伤刚度发生转变后,则呈非线性变化,且铰缝的开合和错台数值发生较快增长。     

大体积混凝土结构温度荷载下的细观损伤分析

从细观力学和断裂力学的角度分析了混凝土材料中骨料和水泥砂浆界面上变温引起的开裂损伤,给出了裂缝随温度变化的扩展规律,将损伤变量表达为温度的函数,从而为计算大体积混凝土结构施工基由于变温而造成的损伤提供了理论基础,研究结果表明常温下的变温荷载亦会引起混凝土材料力学性能的变化。     

混凝土坝的损伤及损伤仿真计算

通过对混凝土坝体破坏机理的损伤分析，介绍了坝体损伤计算，损伤场计算和损伤仿真计算的概念，理论和方法，并进行了坝体损伤仿真计算，在坝体损伤仿真计算中，考虑到温度损伤与荷载损伤的不同，采用了温度损伤概化模型及相应的损伤演变方程，同时还考虑到拉，压损伤的等效性，引入了相同的应变水平下混凝土拉，压损伤的等价系数。     

活性粉末混凝土的疲劳损伤研究

为了探明活性粉末混凝土的疲劳损伤机理,建立疲劳损伤模型,设计了4种不同应力水平下活性粉末混凝土棱柱体试件的疲劳试验,观察了试件的破坏模式和宏观裂纹的演变过程,测量了加载过程中的纵向应变.研究表明,活性粉末混凝土的疲劳损伤可分为三个阶段,且只有当荷载循环次数超过一定阈值时才会发生宏观疲劳损伤;采用累积残余塑性应变定义了活性粉末混凝土的损伤,根据试验数据得到疲劳损伤曲线;利用损伤力学理论建立了活性粉末混凝土的疲劳损伤演化模型,确定了模型参数,模型表达合理, 形式简单,便于工程应用.     

基于模态测试数据诊断结构损伤

通过引入损伤诱导矢量,作者构造一种基于模态测试数据诊断结构损伤的新方法,利用损伤诱导矢量能迅速排除无损伤元素,缩小识别范围。该方法计算量小,能诊断结构的微小损伤,文中以浅拱为例,给出各种损伤情况下的诊断结果,以说明其有效性。     

裂纹尖端塑性损伤场及近场损伤准则

本文应用损伤理论研究裂纹尖端区域,得到了裂纹尖端的损伤场。根据细观实验分析提出了一个近场损伤准则,建立了宏观力学参量与材料细观组织参量之间的关系,并用实验结果进行了验证。     

基于应变模态的直接损伤定位法

通常结构的位移模态和固有频率难以有效的反映结构是否损伤和损伤状况,应变模态能够更有效,更可靠的对结构损伤识别和定位。本文通过ANSYS对梁结构的不同损伤程度和不同的位置损伤工况的模拟仿真,进行结构损伤分析研究,最后通过前三阶应变模态振型结构损伤前后的比较,总结损伤结构的应变模态的变化规律,揭示应变模态对结构损伤的敏感性。     

模态损伤指标及其在结构损伤评估中的应用

在模态弹塑性分析方法的基础上 ,结合A .Ghobara提出的利用两次Pushover分析结果来计算多层框架结构刚度劣化的损伤指标 ,提出模态损伤指标及其分析方法 ,并应用于平面框架结构的损伤分析中 .通过与Pushover刚度损伤指标的比较 ,证明了此方法的有效性和优越性 .     

基于损伤柔度曲率矩阵的人行天桥损伤识别研究

为了研究基于损伤柔度曲率矩阵的损伤识别方法在人行天桥上的适用性,将此方法用于人行天桥模型和实际工程的桥梁结构分析中。通过对人行天桥简支钢箱梁损伤前的完好结构及各类损伤工况下的损伤结构进行数值模拟,得到各工况下的这一损伤识别指标的损伤识别性能,对其进行分析。之后将此方法用于实际的人行天桥动力模态试验中,在随机环境激励的情况下使用动态信号采集分析系统对人行天桥进行动力模态试验。研究发现,损伤柔度曲率矩阵这一指标对于人行天桥具有良好的损伤识别性能,并且其抗噪声能力、微小损伤识别能力以及对于实际工程的适用性能皆有良好表现。     

线列式结构毁伤在弯曲载荷下的增益

为了提高破片杀伤战斗部在防空反导任务上的毁伤威力，研究了在弯曲载荷下线列式结构毁伤相较于聚焦式结构毁伤的毁伤效果增益。基于应力集中效应进行了理论分析，设计了模拟飞机外壳受这两种毁伤模式的结构等效靶标并对其在弯曲载荷下的应力分布进行了数值模拟计算和静力学实验验证。研究结果表明，相比于聚焦式结构毁伤，在相同载荷下线列式结构毁伤使目标结构内最大应力平均提高16%，达到屈服破坏所需的载荷平均减少18%。     

脆性煤岩损伤模型及冲击地压损伤能量指数

根据脆性煤岩的试验研究结果，采用损伤力学的原理和方法，建立了脆性煤岩的损伤本构模型，对脆性煤岩的损伤力学特性进行了研究。在此基础上，从煤岩损伤力学角度出发，研究了煤岩内部能量转化机制，导出了脆性煤岩损伤能量释放率，分析了煤层发生冲击地压过程中的能量变化，并提出了冲击地压的损伤能量指数这一新的概念，确定了冲击地压发生的必要条件。     

基于连续损伤理论的桥面板疲劳损伤分析

随着交通量的增长,公路桥梁的疲劳损伤问题越来越突出.为了保证桥梁的使用安全,对其进行疲劳寿命评估是当前很重要的课题.构建了一种基于连续损伤力学的非线性损伤累积模型,对桥梁主体结构钢筋混凝土桥面板的疲劳损伤进行了数值模拟,得到了其疲劳损伤累积的变化规律和疲劳寿命.计算结果表明,钢筋混凝土桥面板的疲劳损伤在桥梁运行后期增长速度较快,需加以关注;模型计算的疲劳寿命与实验结果比较吻合,证明了该模型的可靠性.     

装备战损规律研究中的模糊损伤树分析方法

在装备战损规律研究中，战场损伤事件发生概率难以确定，传统的故障树理论很难给予解决。运用模糊集理论，把事件发生概率描述为一模糊数，研究了损伤树分析的模糊方法及其在某型履带式综合扫雷车战损规律研究中的应用，为其战损规律的研究提供了理论支持。