采用弹塑性损伤力学的砖石建筑遗产结构性能非线性有限元分析

为了研究中华门城堡的结构安全性能及残损病害的成因,在Drucker-Prager屈服准则的基础上,引入受拉和受压损伤变量.基于ANSYS的usermat子程序,开发砖石建筑遗产的弹塑性损伤本构模型,并采用本构模型对中华门城堡进行有限元模拟分析.通过子程序中的受拉和受压损伤变量,反映结构整体的损伤状况.研究结果表明:中华门城堡最大拉应力出现在拱券与南部城砖砌体墙的交接处、东西及南侧条石砌体墙的上部,最大压应力出现在南侧条石砌体墙下部;损伤变量的分布与中华门城堡现状残损较为吻合.     

钢筋混凝土拱结构静荷载作用下的非线性行为分析

基于弹性损伤普遍理论,取其三阶近似形式,得到一个含有四个独立参数的损伤本构模型。在该损伤本构模型中,引入一个拉压修正系数,用于描述混凝土材料在受拉与受压状态下损伤行为的不同。采用损伤力学有限元数值方法,对一钢筋混凝土拱结构整个加载过程中的非线性行为进行了详细分析计算,并与试验结果进行对比。研究表明,所建立的损伤本构模型,可较好地反映钢筋混凝土结构的非线性特征与规律。     

应变硬化水泥基复合材料单轴滞回本构模型

为了有效地模拟应变硬化水泥基复合材料(SHCC)构件在地震作用下的性能,提出一种可模拟SHCC构件在反复荷载作用下的单轴本构模型.该模型中SHCC材料受压骨架曲线的上升段采用二次抛物线形式模拟,下降段采用双折线形式模拟;受拉骨架曲线的上升段、应变硬化段及下降段则采用三折线形式模拟.通过设置参考点的方法确定SHCC的卸载规则,考虑了不完全卸载-再加载的情况以及加载过程中的拉压间的传递模式.利用Open SEES计算平台编写了该本构模型,并与材料和构件2个层次的试验结果进行了对比,结果表明,所提出的单轴滞回模型能够准确地反映SHCC材料在反复荷载作用下的受力性能.     

钢筋混凝土简支梁结构破坏过程的损伤模型与数值模拟

将损伤力学理论与有限元法相结合,研究钢筋混凝土简支梁静载作用下的损伤破坏过程.基于弹性损伤一般理论,考虑了混凝土材料在受拉与受压状态下损伤行为的不同,建立了含三个独立参数的损伤力学模型.运用损伤力学-附加荷载-有限元法,对钢筋混凝土简支梁结构的损伤破坏过程进行了数值分析,其破坏模式和位移的理论结果与试验结果相吻合.研究结果表明,该损伤本构模型可较好地描述钢筋混凝土简支梁结构的损伤与破坏行为.     

钢-玄武岩纤维复合筋拉压力学性能试验研究

为了研究钢-玄武岩纤维复合筋的基本力学特性,开展了不同纤维含量钢-玄武岩纤维复合筋的拉伸试验、压缩试验及其机理研究.试验结果表明:纤维含量对筋材强屈比有较大影响,内芯钢筋在屈服前能够较好地与外包纤维共同工作,屈服后与外包纤维产生局部滑移,出现应变滞后现象,卸载后存在内芯钢筋受压与纤维受拉的自平衡现象,且随着塑性变形的增大,卸载刚度逐渐减小;受压荷载主要由内芯钢筋承担,纤维胶层对受压影响较小.针对钢-玄武岩纤维复合筋拉压不对称的特性,提出了钢-玄武岩纤维复合筋骨架曲线与滞回规则,并给出了卸载模量退化系数的建议值,为该类筋材在混凝土结构中的设计及有限元数值模拟提供了理论依据.     

一种新的混凝土受拉本构模型

混凝土单轴受拉应力-应变曲线存在形式多样且不统一.根据等效应变假设和损伤力学基本原理,建立了单轴受拉混凝土的弹塑性本构模型,可导出已有单轴受拉本构关系,并能反映混凝土的刚度退化和卸载后的残余变形;提出一类损伤函数和不可逆变形表达式,利用应力-应变曲线特征条件和优化算法确定模型参数;与已有受拉结果相比较,模型的预测结果良好。     

功能梯度圆柱壳的弹塑性屈曲

研究了功能梯度材料(FGM)圆柱壳在轴向均匀压缩载荷作用下的弹塑性屈曲行为.基于线性混合强化弹塑性模型,给出FGM圆柱壳的材料特性表达式和弹塑性本构方程.引入Hamilton原理,将FGM圆柱壳的弹塑性屈曲行为转化为求解辛空间的特征值问题.进一步利用分叉条件计算出正则方程广义特征值对应的屈曲临界载荷,联合屈服条件获得屈曲壳的弹塑性分界面位置.并讨论了材料梯度参数、结构几何参数对弹塑性屈曲临界载荷和弹塑性分界面的影响.     

混凝土受拉弹塑性本构关系

针对已有混凝土单轴受拉应力-应变关系的不足，用细观损伤单元的并联体模型，并假定细观单元体为理想弹脆性材料，其断裂应变组成随机场，基于随机损伤力学原理，较为详细地推导了单轴受拉混凝土本构关系.结合已有研究成果，对损伤演化、初始弹性模量和峰值拉应变加以改进，建立了基于混凝土立方体抗压强度的参数计算方法.建议了受拉混凝土卸载/再加载的变形模量计算公式，导出卸载后的残余应变.与试验结果的对比也验证了其合理性，研究成果可为混凝土结构设计规范修订提供参考.     

混凝土结构的静力和动力损伤非线性分析

首先简要介绍混凝土统一弹塑性损伤本构模型,该模型能够直接在材料本构层次考虑阻尼的影响, 同时又可以较好地描述混凝土材料刚度退化、强度软化、有侧限时受压强度提高、双轴拉压软化效应、卸载 后存在的不可恢复变形、单边效应等静力非线性行为以及应变率效应等动力非线性特性．利用上述模型, 分别对混凝土材料试验、钢筋混凝土剪力墙以及Koyna混凝土重力坝进行了静力和动力非线性分析．分析 结果表明,建议模型可以应用于大型(钢筋)混凝土结构非线性分析,除了能够提供荷载作用下的常规结构 反应外,还可以实时地提供结构损伤分布及其演化信息．     

偏心受压桁架式钢骨混凝土柱正截面受力性能分析

为弥补钢桁架内置混凝土结构在建筑方面应用的空白,设计制作4根大偏心受压桁架式钢骨混凝土柱,通过静载试验考察破坏过程及形态,研究试件的裂缝分布、变形、开裂、屈服和极限载荷等,并利用有限元计算模型分析试验结果,通过引入强度增大系数,推导出试件柱受压承载力公式.结果表明:4根柱均发生大偏心受压破坏,随着偏心距的增加,偏心受压柱受拉区先出现横向水平裂缝,随后受拉角钢和受压角钢相继发生屈服,最终受压区混凝土破碎;构件的破坏过程与有限元模拟结果较为吻合;试件柱受压承载力计算结果与试验实测值相近.     

钢筋混凝土的泊松系数

文章基于接近实物尺寸的钢筋混凝土构件复合受力试验和回归分析,提出钢筋混凝土组合材料泊松系数的新概念和回归方程。钢筋混凝土组合材料泊松系数与匀质弹性材料泊松系数不同,它不是一个常数。钢筋混凝土组合材料泊松系数分为受拉泊松系数和受压泊松系数,且受拉泊松系数常为负值。受拉泊松系数回归曲线存在上升段和下降段;受压泊松系数回归曲线分为混凝土开裂前、达到峰值应力前和峰值应力后３ 个阶段。     

弹性梁非线性热屈曲行为与辛本征解展开方法

基于Hamilton体系,研究了弹性梁在温度荷载下发生的前屈曲和后屈曲问题.在辛空间中,前屈曲问题和后屈曲问题分别归结于系统的零本征值问题和非零本征值问题,而结构屈曲的临界温度和屈曲模态对应Hamilton体系的广义本征值和本征解.采用辛本征解展开方法对非线性大变形的后屈曲问题进行了深入探讨,揭示了从前屈曲到后屈曲变化...     

三级配混凝土单轴破坏的细观数值模拟

将混凝土看成是由骨料、界面和砂浆组成的非均质复合材料,采用非线性有限元软件Marc对东江拱坝三级配混凝土试件单轴受拉、单轴受压破坏的全过程进行数值模拟．按照试件的实际配比计算出各种粒径骨料的数目,采用蒙特卡罗法对混凝土骨料进行随机投放,生成试件的随机骨料模型．研究中,单轴受拉时采用最大拉应力准则,并考虑了材料的软化;单轴受压时采用线性莫尔-库伦准则．结果表明,混凝土的力学性能与其内部的细观结构组成密切相关,材料的宏观破坏是细观结构破坏累积的结果,无论是受拉时的开裂还是受压时的屈服,几乎都首先发生在界面上．     

混凝土随机损伤本构关系--单轴受压分析

在混凝土受拉随机损伤本构关系研究基础上 ,进一步研究了混凝土单轴受压随机损伤本构关系 .通过考虑混凝土内部各组项的影响 ,建立了混凝土单轴受压损伤机理模型 .通过引入混凝土细观单元受拉破坏应变分布随机场 ,根据混凝土破坏过程的能量守恒原理 ,导出了混凝土受压破坏的随机损伤本构方程 .将导出的理论结果与试验研究进行了对比 ,效果良好 .     

高温高产井油管屈曲对特殊螺纹性能的影响

为研究高温高产井中油管发生屈曲对特殊螺纹性能的影响,借助ABAQUS有限元软件建立了某特殊螺纹的三维有限元模型,结合实际屈曲工况,并综合考虑了温度、内压、轴向力等因素,得到了屈曲后油管特殊螺纹的应力分布以及密封结构上的接触压力分布。结果表明：屈曲后特殊螺纹环向上应力分布不均,表现为受压缩一侧Von Mises应力及接触压力明显大于受拉伸一侧,且正弦屈曲段相比于螺旋屈曲段接头环向上的应力集中更突出;屈曲后,受压一侧的台肩以及管体大端外螺纹第一扣处的Von Mises应力值超过了材料的屈服强度,结构发生塑性变形;受拉一侧的密封面以及台肩面上的接触压力为零,密封结构失去密封能力。     

拉压强度不同材料矩形截面梁几何中轴的曲率方程

将材料本构关系简化成拉压屈服极限不同的理想弹塑性模型,推导了矩形横截面梁在完全弹性状态、单侧塑性状态及双侧塑性状态下依赖于压拉屈服极限比的几何中轴的曲率方程.并将其应用于悬臂梁的变形及各阶段极限荷载的分析,最后利用所得的解研究了材料压拉强度差效应对矩形截面梁塑性极限弯矩的影响.结果表明,考虑材料压拉强度差效应时梁的塑性极限弯矩将明显提高.     

带接触环的双钢管约束屈曲支撑有限元分析

约束屈曲支撑因在受拉和受压时都可屈服而不屈曲,在弱震作用下就可能提早屈服耗能,保护主体结构不受破坏,在强震作用大量吸收能量,提高结构安全度.对双钢管约束屈曲支撑进行改造,在内核中部和端部增设接触环.对该支撑进行有限元数值模拟.结果表明,这种防屈曲支撑具有良好的耗能能力和受力性能,改善了常用防屈曲支撑所出现的连接困难等问题.     

混凝土双向受力下非线性弹性本构关系的分析方法

介绍了基于非线性弹性理论建立的不同本构模型的分析方法,给出并推导了模型中各变量的表达形式,以便描述混凝土在压缩范围内及破坏前的非线性变形,作为建立混凝土本构理论精确数学模型的基础.这些弹性模型必须与定义材料的破坏准则、定义压溃的断裂准则和"应变软化"混凝土在破坏后的应力转换结合起来.     

闭口薄壁截面直杆的塑性解

基于Mises屈服条件和增量理论,在理想弹塑性模型框架下,通过无量纲计算,求解闭口薄壁截面直杆在压、扭组合变形下应力分量解析解.对受压（拉）、扭组合变形的闭口薄壁截面直杆,在其材料屈服进入塑性阶段后,施加不同的变形路径,理论求解导出闭口薄壁截面直杆受压和扭转联合作用对应的2个对偶常微分方程,求解方程得到各应力分量的解析值;为进一步研究闭、开口薄壁截面直杆的屈曲奠定了基础.     

钢筋混凝土杆系结构拉压不对称弹塑性本构关系

根据钢筋混凝土桁架拱桥的各杆件均以承受轴力为主、节点处弯矩较小的受力特点,并基于钢筋与混凝土共同工作、协调变形原理,推导出适合钢筋混凝土桁架单元分析的理想弹塑性复合材料拉压不对称本构关系。对某钢筋混凝土桁架连拱桥,应用推导的本构关系,采用空间梁单元建立桁架连拱数值分析模型,结合静载试验对该本构关系进行校核检验。结果表明:各工况下各测点的变位和应变的计算值与相应实测值比较接近,尤其是非线性计算结果与实测结果非常接近;给出的钢筋混凝土杆系拉压不对称弹塑性本构关系有足够的可靠性,可供同类桥梁结构分析应用。