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。