钢筋混凝土三维多向固定裂缝本构模型

为了研究钢筋混凝土结构在复杂荷载作用下裂缝间存在的交互作用,用三维数值分析方法模拟了裂缝交叉特性.采用有限元中弥散裂缝概念,建立了三维多向固定裂缝模型.进行了本构关系检验和试验验证.结果表明:该模型能够分析钢筋混凝土结构多向裂缝问题.通过正六边形截面梁构件变换加载面和加载方式试验,研究分析了裂缝空间交叉的相互影响作用.将三维多向固定裂缝模型应用于上述试验的结果表明:该模型能够较好地分析钢筋混凝土结构三维多向开裂及裂缝交叉扩展过程.     

细观损伤理论的非均质混凝土梁开裂模型

针对传统等效裂缝模型无法与细观损伤理论联系起来,多尺度分析裂缝开展的问题.采用以挠度为自变量的三点弯曲梁损伤计算方法,依据宏观断裂力学和细观损伤理论,根据两参数的Weibull分布理论,将细观损伤本构模型运用描述宏观断裂力学行为,并建立改进的混凝土梁开裂模型.并结合三点弯曲梁试验数据,同时利用ANSYS分析软件对开裂过程进行数值模拟.研究结果表明:采用改进的混凝土梁开裂模型数值模拟结果和试验数据吻合良好,表明该模型能准确描述混凝土梁的开裂,可以作为评价混凝土梁开裂与否的理论判据.     

裂缝性油藏非结构四边形网格数值模拟研究

在裂缝性油藏数值模拟中,引入非结构四边形网格系统是目前高精度数值模拟研究的热点,它能对复杂油藏边界、交叉裂缝、多条裂缝、多方向分布裂缝、复杂分支结构井等条件下任意连通区域进行网格剖分,相对其他非结构网格,它需要的网格数量少,且精度更高。建立连续介质模型和离散裂缝模型相结合的混合渗流模型并数值离散求解发现,非结构四边形网格的引入导致数值模拟计算效率严重下降。针对此问题,提出了3种解决方案：改进Paving算法的裂缝末端形态变形法、二维和三维网格编号重新排序方法和MPI并行计算方法,计算效率平均提高70%。     

某游泳池混凝土池壁收缩裂缝的分析与控制

目前国内外对混凝土结构“非荷载裂缝”尚未建立起有效的计算理论和控制措施,论文检测了某游泳池池壁裂缝性能,并采用ANSYS程序对其进行了有限元模拟与开裂机理分析,明确了其开裂原因,并提出了相应的处理建议,经储水试验处理效果良好.本文的分析结果及处理方法对同类工程设计具有一定的参考价值.     

横向裂缝对PC箱梁结构的影响

针对PC箱梁结构正弯矩区段开裂后力学性能复杂、承载力评估困难的问题,利用裂缝参数统计方法,将正弯矩区段的实际横向裂缝转化为统计意义下的平均裂缝,运用数值方法对该统计裂缝进行模拟,通过对比开裂前后的分析结果,以达到评估开裂结构的目的,并对实际开裂的桥梁进行了对比分析.结果表明,开裂后箱梁结构的承载力只为原设计状态的80%.     

基于黏结-滑移效应的钢筋混凝土梁裂缝宽度数值计算

基于黏结-滑移理论对钢筋混凝土受弯构件裂缝宽度的计算进行说明,指出采用数值计算方法进行分析的必要性.在综合考虑钢筋与混凝土间的黏结-滑移效应、裂缝间混凝土拉伸硬化效应以及材料非线性本构关系等问题的基础上,建立钢筋混凝土梁构件裂缝宽度计算的数值模犁.以8根HRB500级高强钢筋混凝土梁受弯开裂试验为例,将试验结果、规范公式计算结果以及数值模型预测结果进行对比分析.研究结果表明:试验梁短期最大裂缝宽度的模型预测结果与试验结果较符合,两者比值的均值为1.098,变异系数为0.146 5;而规范公式计算值则普遍大于试验值,需要进行适当修正.取等间距开裂的模型梁进行算例分析,得出平均裂缝宽度预测值与规范公式的计算值较吻合,进一步验证了该数值计算模型是一种有效的、准确的裂缝宽度分析方法.     

钢筋混凝土结构裂缝损伤状态模型建模方法与分析

提出了一种钢筋混凝土(RC)结构裂缝损伤状态模型的有限元建模方法.基于弥散裂缝数值模型,采用ANSYS中APDL实体建模技术,通过调控单元应力应变关系矩阵来模拟裂缝开裂后的力学行为,建立钢筋混凝土结构在含有稳定裂缝损伤情况下的状态模型.作为数值算例,分析了钢筋混凝土简支梁在不同开裂状态、不同开裂位置和多种阻尼工况下的静动力特性.结果表明,混凝土首次开裂对结构静动力特性影响最大,已有裂缝的张开闭合对结构的影响较小.简支梁的不利开裂位置集中在荷载响应较大的支座和跨中附近,以支座处最为不利.阻尼削弱钢筋混凝土梁的动态响应,对结构影响机理复杂,非线性明显.上述分析验证了该裂缝损伤状态模型建模方法的合理性和有效性.     

基于近场动力学的隧道衬砌结构渐进裂损数值模拟分析

隧道衬砌的开裂问题一直是隧道施工运营中的重要问题。基于应变能密度等效的原则,将近场动力学理论和有限元思想结合起来,利用ABAQUS建立数值模型对衬砌裂缝的渐进开裂过程进行分析,通过与原型试验进行对比分析,验证了此方法的可行性。在此基础上分析了局部偏压、背后空洞和衬砌厚度不足三种因素对隧道衬砌开裂的影响,分析在此过程中裂缝分布和扩展规律,并分析由于开裂产生的衬砌位移和应变能释放的时程变化趋势。为现役运营隧道衬砌裂缝的防治提供一定的参考。     

致密气藏多级压裂水平井生产动态机理分析

为准确预测致密气藏多级压裂水平井在非线性渗流和复杂裂缝下的生产动态特征,通过双重连续介质-离散裂缝耦合模型对原始致密储层和水力压裂裂缝系统流动特征进行刻画并构建综合渗流数学模型,采用非结构三维四面体网格和控制体积-有限元方法建立全隐式数值模型,并通过修正Peaceman方法建立复杂压裂水平井数值井模型,从而获得准确的数值解。开展含水饱和度、应力敏感系数、压裂裂缝压开程度和空间非对称分布等关键参数对X致密气藏某区块压裂水平井生产动态的影响因素分析。研究表明,该模拟方法能准确预测致密气藏压裂水平井生产动态特征,为致密气藏的高效开发提供理论支撑和计算工具。     

混凝土开裂对BFRP混凝土界面应力的影响

以最大主拉应力作为混凝土开裂的判别依据,采用基于能量的指数型软化损伤模型,利用扩展有限元模拟钢筋混凝土梁的裂缝扩展过程.通过在试验梁裂缝位置处预设初始裂缝,对比不同荷载水平下的裂缝扩展高度,得到与试验梁基本一致的裂缝扩展结果.进一步将该方法用于玄武岩纤维布(BFRP)加固预损伤钢筋混凝土试验梁的失效分析中,模拟了试验梁由于混凝土裂缝扩展引起的界面剥离全过程,给出了混凝土裂缝扩展与界面应力分布之间的对应关系,得到混凝土开裂是导致BFRP剥离的主要原因的结论.     

等效连续介质模型在低渗透油藏的适应性分析

形成裂缝网络的裂缝性油气藏可用Kazemi模型、Warren-Root模型和DeSwaan模型进行描述,而没有形成裂缝网络的局部裂缝发育油藏就不适合应用这3种模型。针对低渗透油藏存在的局部裂缝特征,利用平行板理论、张量原理和等值渗流阻力原理,建立了裂缝区的等效连续介质模型,在等效连续介质模型的基础上,建立了低渗透油藏三维数值模型,并用黒油模拟程序进行实例计算。研究结果表明:等效连续介质模型可以应用到具有局部裂缝的低渗透油藏数值模拟和动态预测中。     

基于数字图像的花岗岩双轴压缩数值试验研究

以花岗岩室内试验为基础,研究花岗岩基于数字图像的二维颗粒离散元模拟方法.根据拍摄的花岗岩照片,运用数字图像技术重构花岗岩真实的细观结构模型.基于重构的细观结构模型建立相应的数值模型,采用颗粒流程序(PFC),通过单轴压缩试验,标定PFC模型参数,利用二维数值双轴试验方法研究花岗岩的力学特性,并从细观上探讨花岗岩的变形破坏机制.研究试件在数值试验中的受力全过程和细观破坏形态,得到试验数据,绘制应力-应变曲线和裂缝数-荷载步曲线,与室内试验结果进行了对比分析.研究结果表明:基于数字图像的花岗岩双轴压缩试验模拟获得的花岗岩强度特性、微观裂缝的发展过程和试件破坏特点与室内试验结果吻合;基于数字图像的二维颗粒离散元法可以描述花岗岩这类具有明显非连续性特征材料在单轴、双轴受压状态下的细观破坏特征,可为进一步研究非均质材料在复杂受力条件下的破坏机理奠定基础.     

混凝土三维非正交弥散裂缝模型

基于应变分解法,将开裂后的混凝土应变分解成裂缝面的应变与完好混凝土应变两部分,裂缝面上混凝土法向刚度取单轴受拉混凝土应力应变曲线的下降段刚度,并保留裂缝面的剪切刚度,并保留裂缝面的剪切刚度以考虑骨料咬合与销栓作用,完好混凝土本构关系采用弹塑性本构模型,推导了混凝土三维非正交弥散裂缝模型的模型的基本公式,算例表明,该模型可用于混凝土结构的开裂分析,且分析结果和试验结果较为吻合。     

水泥稳定碎石基层开裂引起沥青路面结构反射裂缝的有限元分析

沥青路面水泥稳定碎石基层开裂后会引起反射裂缝,进而导致面层的破坏。文章通过有限元软件ABAQUS建立三维20结点等参元有限元模型,对水泥稳定碎石基层开裂的路面结构进行数值模拟和力学分析。计算结果给出了沥青路面结构面层最大剪应力和主应力及其出现的位置,验证了路面反射裂缝形成的机理。     

基于广义位势理论的非共轴本构模型验证

基于广义位势理论提出的考虑拟弹性塑性变形的弹塑性模型,把塑性应变增量分解为满足弹性分解准则的拟弹性部分和符合传统塑性理论假设的纯塑性部分,这样得到的塑性应变增量方向不仅与应力状态有关,而且与应力增量相关,为解决土的非共轴性问题提供一种有效的方法。通过单剪试验结果及含主应力轴旋转的土体平面问题数值模拟对模型的合理性进行检验。研究结果表明:本文模型计算结果与试验结果吻合较好,且能够描述单剪试验过程中的非共轴现象;此外,与共轴模型数值模拟结果相比,本文模型能够考虑主应力轴旋转产生的土体塑性变形,计算结果更符合实际。     

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．     

基于内聚力模型的沥青混合料劈裂试验模拟

为了深入分析沥青混合料在荷载作用下的破损机理,引入了内聚力模型.使用双线性内聚力模型模拟了沥青混合料劈裂试验过程,比较并分析了数值模拟结果和试验结果,研究了劈裂试验过程中试件纵轴上的法向应力分布、损伤规律以及裂缝的形成和扩展情况,描述了劈裂试验的全过程.结果表明:双线性内聚力模型数值模拟结果和试验结果相当吻合,因而可以用来模拟沥青混合料的损伤断裂行为;劈裂试件纵轴上两端为压应力,中间为拉应力,且试件两端产生了显著的压应力集中;试件纵轴上的损伤值和损失长度随着荷载的增加而增加;纵轴中间的损伤值达到1时,试件中就会产生一定长度的宏观裂缝,而后裂缝向两端扩展,但扩展速率逐渐减小.     

饱和开裂混凝土氯离子二维扩散的数值模拟

对饱和状态下开裂混凝土裂缝附近区域氯离子的二维扩散进行了数值模拟.以Fick第二扩散定律(FSDL)修正模型及二维氯离子扩散理论模型为基础,建立了开裂混凝土氯离子扩散有限差分数值模型,并编制了计算程序.通过与试验结果的对比,证明了模型的有效性.利用建立的模型分析了裂缝、水胶比、衰减系数和时间因素对氯离子扩散的影响,提出了裂缝影响区的概念.在裂缝影响区内,氯离子呈二维扩散,在其外,氯离子呈一维扩散;在时间上,氯离子扩散存在快速期、过渡期与缓慢期;从长期来看,裂缝深度对氯离子的扩散影响显著,而裂缝宽度几乎对其无影响.     

基于裂缝统计量的桥梁性能评估方法

通过统计结构表面的裂缝总量,来推断结构的承载能力现状或者剩余承载力,从而提出了一种混凝土桥梁性能评估的新方法.该方法使用有限元数值分析程序来模拟混凝土的开裂过程,采用正交试验来研究性能与裂缝之间的多元关系.试验包括两部分:(1)筛选试验,该试验确定对性能与裂缝关系影响较大的因素集;(2)回归试验,该试验建立包含这些因素的性能-裂缝多元关系.试验结果表明,利用仅包含少数主要影响因素的回归模型,可以得到对性能的较为准确的推断.因此,这种方法是可行的,并且由于其经济性和便利性,可以作为桥梁管理系统中定期评估的有效手段.     

采用半分离-整体式模型的填充墙干缩开裂过程模拟与分析

考虑到计算效率,采用"半分离-整体式"计算模型对框架填充墙干缩开裂过程进行了数值模拟,结构模型采用了符合工程实际的二层单跨填充墙结构。对不同柱刚度、开洞率、连接刚度下结构的变形、应力、裂缝规律进行了影响因素的分析。模拟的裂缝形态和宽度与工程实践具有可比性。研究表明:计算时不能忽略自重和竖向荷载作用的影响;干缩一般会导致窗洞等产生非结构性的损坏;不同的柱刚度、洞口率和连接刚度下的裂缝发生位置、发展趋势和变形结果有差异,采用统一的构造措施并不能完全解决问题;对于没有采取任何构造措施的框架填充墙结构在等效温差-5℃下即发生局部的微裂缝,干缩下最终的裂缝宽度预计会超出使用要求范围。最后对干缩作用下的墙体裂缝宽度进行了评价,并补充了若干措施建议。