ABAQUS中混凝土塑性损伤因子的合理取值研究

基于《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2010)建议的单轴本构关系,利用能量等价原理,给出混凝土塑性损伤本构模型中塑性损伤因子取值的确定方法;根据已确定的该本构模型塑性损伤因子的取值,利用ABAQUS软件,对钢次梁插入式节点的混凝土框架梁试验模型进行非线性全过程分析,有限元分析结果与试验结果吻合较好,证明本文中提出的混凝土塑性损伤因子取值的确定方法合理可行.1     

混凝土单轴弹塑性损伤本构模型及参数确定

建立一个单轴弹塑性损伤本构模型,给出了理论依据和数值算法,损伤本构模型参数较多,不同参数取值对本构曲线形式影响较大。为了确定合适的本构参数,对单轴本构模型做了参数分析,通过大量的试算,对规范强度混凝土给出了一整套模型参数。计算对比表明:采用建议方法确定本构参数提出单轴损伤本构模型计算混凝土单轴本构曲线与《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)(简称规范)给出的混凝土单轴本构模型曲线符合较好。文章提出单轴本构模型和参数确定方法,大大简化单轴损伤本构模型在实际工程中的应用,具有一定的理论基础和实用价值。     

岩土抗剪强度参数确定的模糊拟合方法

根据岩土抗剪强度试验数据的随机性与模糊性特点,首先,在传统随机线性回归分析方法基础上,采用试验值相对估计值的隶属度以反映其间偏离程度及其所具有的模糊性,并将隶属度作为残差权值以减少异常试验数据对拟合结果的影响,从而建立出岩土抗剪强度参数确定的模糊拟合方法.其次,引进模糊随机可靠性理论,对利用模糊拟合法确定的岩土抗剪强度参数进行可靠性评价,确保岩土抗剪强度参数取值的可靠性.然后,根据岩土抗剪强度参数的区间性特点,建立岩土抗剪强度参数取值的区间方法,从而使岩土抗剪强度参数确定方法能反映工程实际.最后,工程实例计算并与同类方法的比较分析表明:本文方法是有效的.     

钢衬钢筋混凝土管道开裂机理及模拟技术研究

钢衬钢筋混凝土管道在设计上允许外包混凝土开裂,确定其裂缝发展规律和结构的承载特性是评估管道能否长期安全稳定运行的前提,但现有的解析公式多是半理论半经验公式,不同的公式计算结果误差较大,有限元法成为了主要的分析方法.以往的有限元模型多基于损伤或者断裂理论,较少考虑二者的耦合作用,本文结合三峡水电站大比尺试验模型,建立了基于黏聚裂缝模型的有限元模型,在管道混凝土中插入内聚单元综合模拟了混凝土开裂过程中的损伤和断裂特性,得到了管道结构开裂前后的钢材应力变化规律、裂缝扩展形态以及裂缝宽度,进一步系统地讨论了内聚参数和网格尺寸的影响.有限元模拟裂缝扩展形态与模型试验时裂缝宽度中间宽、两侧较小的结论一致.管腰和管顶典型部位的裂缝宽度值与模型试验误差在10%以内,且钢材应力起伏与裂缝位置相呼应.更改内聚参数和网格尺寸发现,在合理的取值范围内,混凝土裂缝扩展、钢材承载规律与试验结果基本一致,但内聚刚度取值过小会导致混凝土开裂提前,黏结系数取值过大或者单元尺寸过大会使计算结果的精度降低.因此在采用黏聚裂缝模型模拟管道混凝土开裂时,应在保证计算收敛的前提下,尽可能取较小的黏结系数和足够大的内聚刚度,以提高...     

基于机理法考虑动态再结晶的黏塑性本构模型先验知识的确定

宏微观耦合本构模型的参数识别往往通过反分析方法进行,为使参数识别结果具有高的置信度,需要确定合适的参数取值范围. 基于考虑动态再结晶的黏塑性本构模型的物理机理,提出该模型参数取值范围的确定方法. 根据模型构造机理,提出通过6步确定该模型参数取值范围的方法;并对300 M低合金钢进行不同温度、应变速率下的热变形试验,测试其流动应力-应变曲线、再结晶晶粒尺寸-应变速率-温度曲线,通过提出的方法并根据提取试验数据,确定模型的先验知识,为参数识别提供基础. 结果表明,确定的参数识别范围大部分可以归类为中等准确和较差准确确定.     

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.     

江外南各统滑坡滑带土力学参数的确定

滑带土力学参数是滑坡稳定性评价和滑坡治理工程设计的关键和难点,因此滑带土强度参数取值的正确与否至关重要.本文通过在滑坡前沿进行钻孔和探槽试验测定滑带土的物理指标,然后分级压密获得不同压力下的孔隙比,建立e-p方程,由概化模型计算滑面不同部位的正应力,之后确定对应的孔隙比和含水量,再通过对含水量不同的试样进行剪切试验,得到含水量和强度参数的关系式,从而确定江外南各统滑坡的强度指标值.     

基于损伤塑性模型的超高性能混凝土双肢墩数值模拟研究

为了准确模拟和预测超高性能混凝土(UHPC)构件在外部作用下的的非线性力学行为,基于塑性损伤模型研究了超高性能混凝土CDP本构参数的取值方法,包括损伤因子和单轴应力-应变关系的确定,并分析了考虑材料损伤和不考虑材料损伤对模拟结果的影响.通过对超高强度混凝土墩进行单调加载试验,得到了试验墩的破坏形态、荷载-位移曲线和位移延性.并建立了数值模型,对试验结果进行了对比分析.结果表明:不考虑材料损伤的CDP模型计算得出的结构承载力与延性,和试验值相比有较大误差,并且荷载-位移曲线在峰值点后的发展趋势与试验结果相去甚远.然而考虑材料损伤演化下的CDP模型能够准确预测UHPC结构的力学性能,最终模拟结果与试验结果之间的误差可以控制在5%以内,运用该方法能够为对UHPC进行更准确的非线性有限元分析提供参考.     

基于声发射速率过程理论的岩石声发射特性研究

目前,国内外在建立声发射参数和力学参数问的定量关系的研究相对较少,前人提出的两种理论模型都是基于一定的假设条件给出的,并没有得到充分的试验证明.同时,没有很好的利用两种模型来评价岩石类材料的强度和损伤.本文首先在MTS试验系统上对灰岩进行单轴受压破坏全过程的声发射试验研究,分析了其声发射特征.其次在试验结果的基础上,给出了应用两种模型的拟合结果,从而检验了两种模型的有效性和适用性.最后,应用Dai和Labuz模型计算得到了灰岩的损伤变量值,通过比较计算结果来判断灰岩的强度及损伤程度,说明该模型在材料损伤和强度的评估方面有很好的应用前景.     

考虑钢梁翼缘断裂的组合框架抗震性能分析

基于钢-混凝土组合框架抗震性能试验,考虑材料、几何及接触非线性,采用Msc.Marc建立了钢-混凝土组合框架的有限元分析模型.有限元模型中引入基于应变的钢梁翼缘断裂准则,能够较好地模拟钢梁翼缘的断裂现象.有限元模型的整体及局部计算结果均与试验结果吻合良好.在试验验证的基础上,对有限元模型进行参数分析,研究了楼板宽度、剪力连接程度、轴压比等参数对钢-混凝土组合框架刚度、强度及延性的影响.研究发现,在试验及3维建模中,为了准确反映楼板对组合框架抗震性能的影响,楼板宽度至少应取为跨度的1/4;轴压比对组合框架延性有较大影响;楼板厚度、剪力连接程度对组合框架抗震性能影响较小.结合相关组合结构设计规范,讨论了各项参数的合理取值,对组合框架抗震设计提出了建议.     

基于拔出法的超高强混凝土强度检测试验

为了验证拔出法在超高强混凝土强度检测上的适用性,采用先装拔出法及后装拔出法对超高强度混凝土进行强度检测试验。试验用超高强混凝土分C120、C150、C180共3个强度等级,每个等级设置6组试件及相应数量的立方体试块。利用最小二乘法对试验数据进行拟合,并计算回归方程的各类参数,结果表明,各类参数都在合理的范围内,因此得出拔出法适用于检测超高强混凝土强度的结论。通过对比,得出同种材料下先装拔出法精确度更高、超高强混凝土的测强曲线与钢纤维砂浆趋势相近、后装拔出法的检测范围较先装拔出法更广的结论。     

焊钉连接件抗剪承载力试验研究

为建立组合桥梁使用的大尺度焊钉连接件抗剪承载力设计计算方法,通过26组71个焊钉连接件模型推出试验比较分析了混凝土抗压强度及焊钉的抗拉强度、直径、长度等对焊钉连接件抗剪承载力的影响;基于国内外255个模型推出试验结果提出了双折线型焊钉连接件抗剪承载力计算式.研究结果表明,焊钉连接件抗剪承载力在混凝土强度较高时仍取决于焊钉杆部与混凝土的组合作用;提出的设计计算式在常用的混凝土强度等级C35～C60范围内能够更合理地偏于安全的计算焊钉连接件抗剪承载力;可适用于使用混凝土强度等级C15～C80、焊钉长径比大于4且直径9～30mm、长度50～400mm的组合桥梁结构焊钉连接件的设计.     

UHPC-NC组合构件界面行为研究

随UHPC材料兴起,现已有较多研究表明将UHPC材料应用于结构接缝处可极大程度地增强结构的整体性能,接缝界面处的粘结强度也逐渐引起学术界关注.然而,如何对结合面处进行有效的有限元模拟却始终未见统一有效的方式.文章在广泛的文献调研基础上,总结现有试验数据,对比试验方法,得到3种不同粗糙度界面粘聚力分别为2.24 MPa,2.37 MPa和2.66 MPa,3种界面摩擦系数分别为1.42,1.63和1.64;提出基于粘聚力和抗剪强度的UHPC-NC界面强度计算式;基于接触-分离模型分别建立适用于受拉为主构件及压剪为主构件的3D有限元模型,提出适用于光滑界面、中等粗糙界面及粗糙界面的粘聚力参数、接触损伤相关参数;为验证有限元参数有效性,建立多个文献试验有限元模型并与结果对比较为吻合,可为后期有限元计算提供参考.     

混凝土应变软化关系及其确定

在对混凝土应变软化关系物理意义及试验方法进行分析的基础上，提出一种新方法确定混凝土应变软化关系；这种方法根据比较容易获得的试验结果，通过数值计算，间接确定混凝土的应变软化关系．实际应用结果表明这种方法是比较简便有效的     

混凝土内时损伤本构模型

应用内时理论和损伤力学建立了混凝土内时损伤本构模型。该模型的特点是：混凝土的弹塑性特性由内时理论描述，而微裂缝由损伤力学来描述。前者使本构模型摆脱了一般弹塑性模型中的屈服面的概念，从而简化了非线性计算过程；后者使微裂缝引起的软化、休积膨胀等效应都可由损伤变量来考虑，从而既反映了混凝土的本质特性，又使模型的参数和基本方程大大减少。应用本文建议的本构模型于各种实例分析中，所得计算结果与试验结果符合较好。     

再生混凝土疲劳损伤演化的定量描述

利用再生混凝土的疲劳试验结果,分析常用的几种损伤变量定义法的优缺点;其次,根据疲劳损伤的三阶段演化规律,提出倒S非线性疲劳累积损伤模型,给出材料参数的物理含义及取值范围;最后,基于倒S模型研究再生混凝土的损伤演化规律和疲劳寿命。分析结果表明,弹性模量法、超声波速法、最大应变以及残余应变法都能够反映再生混凝土的疲劳损伤演化规律,而残余应变法由于概念明确,考虑疲劳初始损伤,因此更为合适;拟合得到的损伤演化方程与试验数据高度相关,而理论分析得出的疲劳寿命的变化规律与试验结果也相一致;倒S模型涵盖了损伤演化规律的各种类型,具有适应性强、精度高的特点,适用于混凝土材料的损伤演化描述。     

基于Weibull分布的冻融循环下纤维混凝土损伤模型

对聚丙烯纤维混凝土（PFRC）、钢纤维混凝土（SFRC）、普通混凝土（PC）进行冻融循环试验,经过冻融循环后,得到PFRC、SFRC、PC的相对动弹性模量、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度,分析冻融循环过程中PFRC、SFRC、PC的冻融损伤率、强度衰减率的演化规律和冻融损伤机理,提出基于Weibull分布的纤维混凝土冻融损伤演化模型,并与推导出的力学性能衰减模型联立得到PFRC、SFRC、PC的相对抗压强度、相对抗拉强度与冻融损伤度的演化模型。结果表明:纤维的掺入能有效减小混凝土的强度衰减和冻融损伤,基于Weibull分布建立的两种冻融损伤模型,可以分别通过冻融循环次数、相对强度预测PFRC、SFRC、PC的冻融损伤度。     

支持向量机在矿渣-粉煤灰混凝土强度预测中的应用

为了更好地预测矿渣-粉煤灰混凝土强度,选择水胶比、取代率、灰渣比、减水剂、砂率和激发剂作为预测参数,建立了矿渣-粉煤灰混凝土强度预测的支持向量机模型。根据有限的学习样本,建立了各种影响因素和混凝土抗压强度之间的一种非线性映射,对矿渣-粉煤灰混凝土强度进行预测。以实际样本数据进行训练,并对测试样本进行了预测。预测结果表明,支持向量机方法有着良好的泛化能力,优于人工神经网络建模方法,为预测混凝土强度提供了一种新的方法。     

基于等效龄期的粉煤灰混凝土抗压强度计算模型

设计温度跟踪养护系统来模拟实际结构中混凝土所经历的温度历程,通过测试在标准养护条件20℃、恒温50℃和变温养护条件下不同强度等级的粉煤灰混凝土早龄期抗压强度的值,分析温度历程对粉煤灰混凝土早龄期抗压强度的影响。根据混凝土早龄期抗压强度的两个主要影响因素:温度和龄期,引入等效龄期理论建立了粉煤灰混凝土早龄期抗压强度的计算模型,并分析了模型参数。实际结构中的粉煤灰混凝土抗压强度可以通过测定温度场,利用计算模型进行相应龄期的抗压强度计算。研究结果表明,粉煤灰混凝土抗压强度计算模型能够较准确计算结构中粉煤灰混凝土的抗压强度,从而有效指导粉煤灰混凝土的工程应用。