一种受剪细观损伤单元模型及其应用

基于剪切损伤破坏机制,发展了相应的细观损伤单元模型,它由弹脆性的微弹簧和模拟裂缝滑移的塑性元件组成.混凝土单轴受压时的宏观性能可用受剪细观损伤单元的并联体来解释,由此建立了混凝土单轴受压的损伤本构关系模型,并建议了塑性变形的简化计算方法.通过引入混凝土剪切单元破坏应变分布随机场,推导了应力与损伤的均值、标准差的表达式.根据混凝土单轴受压时的应力-应变全曲线试验结果,结合随机建模原理和优化算法确定随机场参数和材料参数,将分析得出的受压随机应力-应变关系与试验结果进行比较,二者吻合良好.     

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 .     

混凝土随机损伤本构关系研究新进展

提出了一类混凝土细观损伤物理模型，用于解释高性能混凝土在本构层次上的细观损伤演化特征，建立了混凝土单轴受拉，单轴受压与双轴拉压组合条件下的随机损伤本构关系模型。利用混凝土单轴受拉破坏全过程的声发射实验数据，引入随机建模理论，确立了细观损伤单元的极限破坏应变随机场分布参数，通过与一批高性能混凝土本构关系试验数据相比较，初步证实了采用随机损伤本构关系反映混凝土受力破坏机理的可行性。     

混凝土受压性能的非均质细观数值模拟

将混凝土看作是由骨料、砂浆及它们之间的界面组成的三相复合材料,在细观层次上建立了非均质混凝土棱柱体试件的随机骨料模型,分别赋予细观单元弹脆性损伤本构关系或弹塑性本构关系,研究了采用不同本构关系的混凝土棱柱体试件在单轴压缩荷载作用下的细观损伤演化过程,获得了相应的混凝土单轴受压宏观应力-应变曲线,并将计算结果与试验结果做了比较.结果表明:混凝土试件的破坏是由于细观损伤的积累导致的;非均质模型计算所得的宏观应力-应变曲线上升段与试验结果吻合相对较好,弹塑性本构模型计算所得的曲线下降段比弹脆性模型更接近于试验曲线.     

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.     

随机再生骨料增强混凝土受压应力-应变关系

为研究再生混凝土材料的力学性质,应用ANSYS的APDL参数化编程和AUTOCAD几何功能,生成含随机分布再生骨料、粘结界面和水泥砂浆基体的三相复合材料的细观模型,从细观力学的角度建立再生混凝土材料的非线性损伤本构方程,模拟再生混凝土材料单轴受压时的细观破坏过程,分析界面强度和损伤参数对再生混凝土材料的抗压强度的影响,所得应力-应变关系体现了再生混凝土材料的应变软化现象,与现有的试验结果相比,具有较好的一致性.     

复杂应力状态下砌体匀质化RVE数值模拟分析

针对无筋砌体力学性能研究,基于匀质化理论,利用二次开发的有限元分析软件,考虑砌体RVE各边的应变状态,建立周期性边界条件,对砌体RVE匀质化过程中RVE单轴、双轴、三轴以及剪压复杂应力条件下的力学响应进行了数值模拟分析,得到了各状态下的应力应变曲线.分析结果表明,在受压状态下,砌体RVE受压应力应变曲线表现出一定塑性,并且双轴、三轴受压状态下RVE强度高于单轴受压;拉-压状态下,砌体RVE受拉应力应变曲线表现出材料脆性特性;拉-压-剪状态下,砌体RVE强度受剪压比、拉剪比影响,这些都很好地反映了无筋砌体的细观力学特性.     

再生混凝土空心砌块砌体受压变形性能试验

为考察再生混凝土空心砌块砌体的受压性能,制作了再生混凝土骨料替代率为75%、抗压强度平均值达到8.60 MPa的再生混凝土小型空心砌块,进行了再生混凝土空心砌块砌体受压变形性能试验,研究该种砌体在竖向荷载作用下的受力全过程和破坏形态,分析了砌体的受压应力-应变曲线和弹性模量.结果表明:该种砌体的受压性能和破坏特征和普通混凝土砌块砌体基本一样;该种砌体的抗压强度和弹性模量随砂浆强度的增大而提高.通过对试验数据的回归分析,再生混凝土空心砌块砌体的弹性模量及轴心抗压强度可采用GB 50003—2010《砌体结构设计规范》中的相关公式进行计算,提出了再生混凝土砌块砌体受压应力-应变关系上升段计算公式,计算与试验结果吻合较好.     

硫酸盐、干湿循环和冻融循环耦合作用下混凝土单轴受压模拟

基于硫酸盐腐蚀混凝土单轴受压试验结果,通过对《混凝土结构设计规范》(GB50010—2010)中无腐蚀混凝土单轴压应力-应变关系中的混凝土损伤演化参数进行修正,建立了硫酸盐、干湿循环和冻融循环耦合作用下混凝土单轴受压本构模型。采用修正后的本构模型,以及ABAQUS软件自带的损伤塑性模型,考虑损伤因子的影响,较好地模拟了硫酸盐、干湿循环和冻融循环耦合作用下混凝土的单轴受压行为。有限元模拟结果表明：随着硫酸盐干湿循环次数和冻融循环次数的增大,混凝土最大受压损伤因子逐渐增大,损伤范围也逐渐扩大;最大主拉应力逐渐减小,中部压应力逐渐增大,等效塑性应变逐渐增大,混凝土破坏更严重;破坏均属于最大拉应变强度破坏。所提有限元模型可动态反映参数变化过程中混凝土的应力发展与损伤状态,可应用于硫酸盐、干湿循环和冻融循环耦合作用下混凝土单轴受压的模拟。     

基于Weibull分布的石砌体单轴受压损伤本构模型

石砌体的本构模型是石砌体力学计算和有限元数值模拟的重要基础和前提条件。为了深入研究石砌体单轴受压下的本构关系,基于损伤力学理论,应用双参数Weibull分布函数反映损伤变量,根据石砌体单轴受压应力-应变全过程曲线的特征条件确定其参数,推导并建立了石砌体单轴受压损伤本构模型,将已有试验数据验证本构模型的正确性,并将本构模型与典型的砌体本构模型进行对比分析,最后应用本构模型对已有石砌体拱桥试验进行有限元分析以验证本构模型的适用性。结果表明：所建模型与已有石砌体单轴受压试验结果吻合良好;所建模型验证了石砌体损伤演化的一般规律,符合典型的砌体本构模型的一般趋势;所建模型可应用于石砌体结构有限元分析计算,适用性良好。     

灌孔混凝土砌块砌体受压性能研究

通过对灌孔混凝土砌块砌体中混凝土芯柱三向受压应力状态进行分析,提出了适用于灌孔混凝土受压弹性模量的计算方法.同时,基于大量的试验结果,提出了适用于灌孔混凝土砌块砌体的泊松比、峰值应变、极限应变等参数,并引入到Domingo J.Carreira等提出的混凝土本构模型中,得出了适用于灌孔混凝土砌块砌体受压的应力-应变全曲线公式.对比结果表明,计算值与试验结果吻合良好,可供灌孔混凝土砌块砌体结构设计和研究参考.     

岩土工程非线性模糊随机损伤

针对非确定损伤理论在非线性损伤力学研究中的空白,基于3种典型模糊损伤分布:降半分布、秋千分布和组合秋千分布,提出了服从β分布平面应变各向异性初始模糊随机损伤场,推演了损伤矢量临界值算法及平面应变损伤有效张量和模糊随机有效弹性矩阵族.由损伤材料粘-弹-塑性应变率演化通式,修正了Mohr-Coulomb损伤破坏准则下粘-弹...     

自保温榫式砌块砌体受压性能试验研究

自保温榫式砌块是一种新型节能墙体材料．通过对自保温榫式砌块砌体进行的轴心受压试验研究,了解该类砌体受压的试验过程现象,基于试验结果的分析,探讨了自保温榫式砌块砌体的抗压强度、弹性模量、受压应力一应变全曲线,依据抗压试验数据回归得到了砌体的本构方程,研究为自保温榫式砌块在单轴受压状态下进行内力与有限元分析提供理论依据．     

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.     

造纸白泥烧结页岩多孔砖的抗压性能及弹性模量研究

造纸白泥烧结页岩多孔砖是作为解决造纸厂碱回收过程产生大量的白泥而研发的一种新型墙体材料,因该砖在材料性能方面与普通砖存在差异,作为填充墙使用时其抗压强度计算没有相应公式。为了验证砌体规范抗压强度计算公式,本文通过取强度等级为MU5、MU7.5的砂浆,分别制作6组砌体进行其砌筑砌体的抗压性能试验,通过研究其破坏过程,得出其砌体抗压强度,并验证了此砖砌体可以用《砌体结构设计规范》中的计算公式计算其抗压强度。同时研究了造纸白泥烧结页岩多孔砖砌体的变形性能,通过分析,绘制出其应力-应变曲线,得出其弹性模量。     

随机疲劳寿命的估算

概述了随机疲劳寿命估算的一般过程,就该过程中的局部真实应力应变分析的简化计算方法和随机载荷下的循环应力应变模拟及疲劳损伤进行了探讨。依据实验结果,提出了一个能量损伤模型,通过寿命估算,对提出的模型进行了验证,并将其估算结果与现有的几种典型疲劳损伤模型估算结果进行了比较。同时,还讨论了疲劳性能参数的波动对寿命估算精度的影响。     

CFRP中等约束钢筋混凝土方柱反复受压本构模型

为填补FRP约束混凝土滞回本构模型的空白,对边长305mm,高915mm及边长204mm,高612mm两种尺寸的CFRP约束钢筋混凝土方柱,采用500t四棱柱压力试验机进行了单调及反复轴压试验.试验结果表明,大尺寸CFRP约束钢筋混凝土方柱的应力-应变关系曲线存在软化段,CFRP的约束作用为中等约束,且尺寸效应对CFRP的有效约束作用有明显影响;箍筋对单调受压应力-应变曲线形状、极限压应变、反复受压卸载曲线和残余应变影响均较大.基于试验结果提出了考虑钢筋、尺寸效应及CFRP包裹层数等影响参数的CFRP中等约束混凝土方柱的反复受压本构模型.模型由描述包络线的单调受压本构模型、曲线形式的卸载曲线及直线形式的再加载曲线3部分组成,模型预测结果与试验结果吻合较好.     

基于对数正态分布的岩石损伤统计分析方法研究

以Mohr强度理论为基础,利用岩石微元强度服从对数正态随机分布的特点,得到了三轴压缩条件下的岩石损伤统计本构模型,并根据试验曲线采用最小二乘法确定出模型参数.与试验结果比较,该模型可以很好地模拟岩石破裂过程的全应力应变关系,真实反映了岩石软化特性、岩石强度随围压变化等特性.在此基础上,讨论了对数正态参数F0,S0对岩石应力应变全过程曲线的影响.结果表明,参数F0值的变化对岩石的强度有影响;参数S0值的变化对岩石的脆性有影响.