Q345B钢材GTN模型损伤参数标定及应用

目的标定Q345B钢材GTN模型损伤参数及评价损伤参数,并对钢管相贯节点的损伤起始位置进行预测.方法对取自Q345B钢材的光滑圆棒和带缺口的圆棒试样进行单轴拉伸试验,采用逆推法标定GTN细观损伤力学模型参数,并应用有限元分析方法预测相贯节点的损伤起始位置以及开裂破坏过程.结果引入的GTN细观损伤力学模型参数的支管端部荷载-相对凸凹变形曲线与试验结果吻合较好,有限元分析计算得到的损伤起始点荷载和位移与试验结果接近,并且有限元模拟的损伤起始位置与试验中观测到的裂纹开展起始位置相近.结论 Q345B钢材GTN损伤本构模型,能够模拟结构断裂过程,预测结构的断裂荷载、断裂位移、破坏位置.     

RC空间框架结构竖向倒塌分析模型及验证

为研究钢筋混凝土(RC)空间有板框架结构竖向倒塌机制,探索该类结构竖向倒塌的数值模拟方法,在已完成的一个1∶3缩尺RC空间有板框架结构试件拟静力加载试验的基础上,建立该框架的有限元精细化模型,采用ABAQUS有限元软件完成了结构竖向倒塌全过程模拟。混凝土的本构关系采用ABAQUS提供的损伤塑性模型,钢筋材料采用弹塑性模型并引入延性损伤断裂准则,考虑钢材的损伤演化规律;材料参数根据材性试验数据确定,考虑单元之间的约束条件;按照试验加载方式进行模拟,通过能量时间历程保证求解结果的稳定性;采用显式算法进行求解,通过定义合理时间步长、定义光滑幅值曲线加载、采用瑞雷阻尼降低计算结果振荡、采用质量放大命令来加速计算等措施达到模拟计算静力问题的目标;并将模拟结果与试验结果进行对比。结果表明:ABAQUS混凝土损伤塑性模型和钢筋延性损伤断裂准则的引入能够较好地模拟结构竖向倒塌试验全过程;在措施合理的前提下,显式求解算法用于求解静力问题具有较高的计算效率和精度;模拟结果与试验结果的框架荷载-位移曲线、破坏特征、钢筋应力等吻合良好。建立的倒塌分析模型可为研究RC框架结构竖向倒塌破坏机理和倒塌模拟提供参考。     

K&C局部损伤混凝土材料模型在精细有限元模拟中的应用

能准确描述混凝土破坏过程的材料模型,对认识各类荷载条件下混凝土结构整体及细部响应问题上可起到关键性的作用,且通过对已验证其可靠性的有限元模型进行不同参数或工况分析能够建立相应的设计准则.LSDYNA显式算法的KC局部损伤混凝土模型是目前混凝土模型中能够考虑混凝土的断裂带宽度、断裂能及应变率对混凝土材性影响的模型之一.运用该局部损伤混凝土模型的有限元试算方案可被用于进行其它混凝土模型的参数校准.基于该局部损伤混凝土模型,针对有限元模型模拟中混凝土的断裂损伤及网格收敛性等问题展开了讨论,并完成混凝土单向抗拉和抗压模态的有限元试算.参考混凝土第1模态(Mode I)的断裂能及断裂带宽度,探讨了在受压情况下混凝土的局部损伤问题.在综合考虑了混凝土的拉压两态的材性指标影响的前提下,模拟了混凝土梁冲击试验并与试验结果进行了比较.     

往复荷载下钢结构节点的超低周疲劳断裂预测

进行了一个方钢管柱与H形钢梁直接焊接节点试件在往复荷载作用下的试验和有限元分析,采用已校准的微观断裂判据退化有效塑性应变模型(DSPS)和循环空穴扩张模型(CVGM)对其进行了超低周疲劳断裂预测,并对两个栓焊混接边柱节点试件进行了预测.预测结果与试验结果相比有较高的精确度.随后进行了损伤退化参数对断裂预测结果的敏感性分析,得出其取值对预测结果不敏感.因此,微观断裂判据对钢结构节点的超低周疲劳断裂预测有较好的适用性.     

循环荷载下低屈服点钢材LYP225的力学性能

为了研究低屈服点钢材LYP225的循环本构关系,对18个试件进行单调加载和循环加载,研究其单调曲线、滞回特点、破坏形态等.基于Ramberg-Osgood模型拟合了对称逐级加载下的循环骨架曲线,通过试验滞回数据标定了基于Chaboche模型的等向强化和随动强化参数,并将其输入到Abaqus软件的混合强化模型中,对强化参数的准确性进行验证.结果表明:LYP225钢材的应力-应变关系与加载历史相关;在不同加载制度下LYP225钢材均表现出良好的延性特征;采用Ramberg-Osgood模型能较好地模拟LYP225钢材在循环对称逐级加载下的骨架曲线;将标定的混合强化参数输入到Abaqus软件中,所得结果能准确模拟LYP225钢材的滞回曲线.因此,LYP225钢材在循环荷载下的性能不同于单调荷载,通过试验数据拟合的强化参数可用于整体结构中的地震反应分析.     

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...     

复杂受力状态下密肋复合墙体框格有限元模拟

基于通用有限元计算分析软件并结合自定义材料子程序模型,对水平往复荷载及轴压力下的密肋复合墙体框格试件进行了梁式建模、壳式建模及梁壳式建模方式下的数值模拟.基于不同有限元建模方式,混凝土材料模型分别选用汪混凝土本构模型和经典混凝土弹塑性+断裂本构模型,而钢筋材料模型统一采用汪钢筋本构模型.通过计算结果与试验结果的对比分析,探讨了影响往复荷载下密肋复合墙体框格数值模拟的主要因素.     

基于ABAQUS的RC框架节点的有限元分析

文章应用有限元分析软件ABAQUS,采用混凝土损伤塑性模型对钢筋混凝土框架节点的性能进行了非线性有限元分析,其中混凝土与钢筋分别采用实体单元与桁架单元进行分离式建模,并使用Embed技术进行自由度的耦合。将试验结果与有限元分析进行对比,结果表明梁柱节点自由端在竖向单调加载作用下的荷载位移曲线与试验结果比较吻合,计算的变形模式同试件破坏形态一致。文中采用参数分析,探讨了混凝土膨胀角、黏性系数及损伤因子对计算结果的影响,为实际工程中的节点设计提供试验与理论依据。     

钢结构节点在循环往复荷载作用下的超低周疲劳断裂预测

进行了一个方钢管柱与H形钢梁直接焊接节点试件在往复荷载作用下的试验和有限元分析,采用已校准的微观断裂判据退化有效塑性应变模型(DSPS)和循环空穴扩张模型(CVGM)对其进行了超低周疲劳断裂预测,并对两个栓焊混接边柱节点试件进行了预测.预测结果与试验结果相比有较高的精确度.随后进行了损伤退化参数对断裂预测结果的敏感性分析,得出其取值对预测结果不敏感.因此,微观断裂判据对钢结构节点的超低周疲劳断裂预测有较好的适用性.     

混凝土楔入劈拉试件双K断裂参数叠加计算及其边界效应

采用楔入劈拉试件几何形式,进行了最大尺寸为1 200 mm×1 200 mm×200 mm混凝土断裂试验.根据试验获得的荷载张开口位移关系曲线,在线性渐近叠加假定的基础上,利用应力强度因子叠加原理计算了双K断裂参数,考虑了当楔形力的竖向分量、自重和支承反力三者不共线时,竖向分量和自重对裂缝尖端应力强度因子的贡献.试验结果表明,当试件高度大于600 mm时,测定的双K断裂参数是与尺寸无关的常数值;当试件高度低于600mm时,测定的双K断裂参数存在尺寸效应.采用边界效应模型分析发现,其尺寸效应与边界对断裂过程区发展的约束作用相关,试件的高度越小,边界的约束作用越强,测定的断裂韧度越小.经边界效应模型修正后,可得到与尺寸无关的常数值.     

基于扩展有限元法计算二维应力强度因子

基于ABAQUS有限元分析平台和UEL用户自定义单元接口,采用Matlab编制了扩展有限元的分析程序,对单边裂纹有限板条试件进行了扩展有限元模拟,并用位移外推法计算了裂纹的应力强度因子,探讨了网格密度和积分区域尺寸以及积分点个数对计算应力强度因子精度的影响。数值结果表明:细化网格可以显著提高有限元的计算精度,但由于扩展有限元本身精度较高,细化网格对提高扩展有限元计算精度的效果不明显;合理确定富集单元积分区域范围以及增加积分点个数都可以提高计算精度。     

混凝土梁弯拉断裂过程的细观分析

将混凝土看成是由骨料、砂浆和界面过渡层组成的三相复合材料.结合部分力学参数试验,采用非线性有限元对混凝土梁受弯拉破坏过程进行了数值模拟.按照试件的实际配比,由Walraven公式计算出各种粒径区间骨料的平面等效面积,然后由随机骨料模型生成混凝土数值试件.混凝土细观结构的破坏由最大拉应力准则判别,对于软化段,采用了应力张开位移模型以缓解计算结果的网格依赖性.计算结果表明:界面厚度取0.2～0.8 mm,对试件的荷载位移全曲线的影响不大;任意形状骨料与圆形骨料的计算结果相近;界面层断裂能对梁宏观荷载位移曲线的形状影响较大.     

基于微平面模型和正则化的脆性岩石损伤破裂模拟方法

为解决有限元计算在模拟脆性岩石损伤过程方面的网格依赖性问题,本文基于微平面模型和正则化方法建立了改进的微平面损伤模型,将单轴压缩条件下的岩石实验结果与数值模型进行了对比.引入不同非均质系数对三点弯曲岩石试样的损伤发展进行模拟,结果表明非均质系数越高损伤区域越集中.此外,通过引入高阶梯度正则化方法对不同特征长度的三点弯曲实验进行数值模拟.特征长度为1mm时,在不同网格尺寸下的正则化微平面模型的损伤演化结果基本相同,而没有采用正则化方法的微平面损伤模型在不同网格尺寸下出现明显的网格依赖性.最后,通过对比普通模型和正则化模型的载荷-位移曲线,发现网格密度对采用高阶梯度正则化后的微平面损伤模型损伤演化影响较低.     

斜交网格结构钢管混凝土平面相贯节点的性能研究

为验证斜交网格钢管混凝土平面相贯节点的构造合理性和受力可靠性,设计了4个平面相贯节点试件,采用ABAQUAS有限元分析软件对节点构造、斜交角度和加载方式等的研究参数进行研究分析.结果表明:有限元模拟与试验研究在荷载—位移骨架曲线、荷载—应变曲线和承载力等方面具有较强的一致性,说明斜交网格钢管混凝土平面相贯节点的构造具有较好的合理性和较强的承载能力,可以应用到实际工程中.另外,不管是采用对称加载方式还是采用非对称加载方式,有限元模拟与试验结果比较接近,说明加载方式对试件受力和破坏影响不大.     

纵向板-矩形管节点拟静力试验的数值模拟

提出了准确模拟纵向板-矩形管节点拟静力试验的有限元方法。为分析管结构的抗震性能,对纵向板-矩形管节点进行了拟静力试验。对每个试件,裂纹出现在弦管连接表面,沿弦管与节点板的连接焊缝扩展,并导致性能退化及破坏。为模拟钢材的损伤累积及其产生的裂纹扩展,基于混合强化准则和简化的勒迈特损伤模型,建立了自定义本构模型并嵌入ANSYS程序。采用此本构模型对纵向板-矩形管节点的拟静力试验进行数值模拟,计算出的滞回曲线与试验曲线吻合较好。     

混凝土双参数断裂模型和尺寸效应模型R阻力曲线比较

对混凝土的两类基本断裂模型(双参数断裂模型和尺寸效应模型)求解得到的第Ⅰ类几何形式下的R阻力曲线进行了详细的分析比较.首先对有效裂纹长度和裂纹尖端张口位移进行了修正,在此基础上由双参数断裂模型和尺寸效应模型得到了R阻力曲线的解析表达式.通过两类R阻力曲线计算得到的荷载-位移曲线与试验结果的对比,发现尺寸效应模型得到的临界有效裂纹长度稍大于双参数断裂模型的结果,而根据双参数断裂模型R阻力曲线得到的最大荷载大于尺寸效应模型的结果,且当相对初始裂纹长度较大时,双参数断裂模型R阻力曲线得到的最大荷载远大于试验值.双参数断裂模型的R阻力曲线适合于初始裂纹长度相对试件高度较小的情况.     

考虑混凝土损伤塑性的CFST柱轴压力学性能数值模拟

目的将混凝土损伤塑性模型应用于钢管混凝土柱弹塑性全过程受力分析,验证模型的可行性.方法在总结相关文献的基础上,选取钢材和混凝土的本构关系模型,定义混凝土损伤塑性因子,以及混凝土压缩复原和拉伸恢复系数,对方钢管混凝土短柱进行有限元模拟,并与试验结果进行对比.结果考虑混凝土损伤塑性模型的极限承载力数值模拟结果与试验结果更接近,荷载-平均纵向应变数值模拟曲线与试验曲线吻合更好,柱中部破坏面的混凝土应力分布更均匀.说明在钢管混凝土结构有限元模拟中考虑混凝土损伤塑性是提高其分析精度的重要保证.结论数值模拟结果与试验结果一致性较好,说明有限元模型和相关参数设置是合理的.     

ABAQUS软件在弹性滑移支座非线性有限元分析中的应用

运用有限元软件(ABAQUS)对弹性滑移支座进行非线性有限元分析,并与试验结果进行比较.同时,对弹性滑移支座有限元分析中单元类型的选取、网格尺寸的确定、接触关系的定义、整体有限元模型的建立等数值模拟技术进行深入的研究.研究表明,利用ABAQUS有限元软件建立的模型能够比较精确地模拟弹性滑移支座在动力荷载作用下的性能,并可用于此类支座的分析研究.     

冻融循环后钢筋与再生混凝土黏结性能梁式试验有限元分析

目的研究钢筋与再生混凝土梁式试件在不同冻融循环次数下的黏结性能,为再生混凝土结构的设计与使用提供借鉴.方法基于有限元软件ABAQUS中的接触法,建立以再生混凝土冻融损伤变量为参数的冻融损伤模型,以实际钢筋与再生混凝土黏结滑移梁式试验为基础,扩大试验参数范围,对冻融循环后的再生混凝土梁式试件进行黏结滑移数值模拟分析.结果使用接触法模拟钢筋与再生混凝土黏结滑移具有一定的可行性,数值模型结果与试验结果基本吻合,各模拟曲线与试验曲线整体趋势基本相似;在扩大参数范围后的模拟中,极限荷载随着冻融次数的增加而降低,冻融次数每增加50次,试件极限荷载下降约7%.结论再生混凝土在同一强度等级下,随着冻融循环次数的增加,极限荷载逐渐降低,冻融损伤逐渐增大,强度越低,冻融损伤越严重;当冻融循环次数与测试钢筋直径一定时,极限黏结荷载随钢筋锚固长度的增大而增大.     

混凝土梁的断裂能及其尺寸效应的试验研究

为研究混凝土断裂性能及试件尺寸对其断裂能的影响,对含有预制切口的混凝土试件梁进行三点弯曲试验。试验采用线性位移传感器(Linear Variable Differential Transformers,LVDTs)测量试件梁跨中挠度δ,利用荷载-挠度曲线(P-δ)计算其断裂能。试验结果表明:同种尺寸试件梁的P-δ曲线会表现一定的差异性,但总体比较接近;不同尺寸试件梁的P-δ曲线性质相似,但是试件尺寸越大,P-δ曲线峰值越高。此外,混凝土断裂能表现出一定的尺寸效应,试件尺寸越大,断裂能越高。