钢筋砼结构材料非线性本构关系及有限元法研究

随着工程结构问题研究发展的深入和电子计算机的迅速发展,非线性有限元法在钢筋混凝土结构分析中得到了越来越广泛的应用。与线弹性有限元法相比,非线性有限元法具有"全过程仿真"的特点。本文对钢筋砼结构材料非线性本构关系及有限元法的特点、研究进展、存在问题做了分析和评价;重点探讨了非线性分析中所使用的材料本构方程、材料非线性有限元分析方程和有限元程序的编制。最后对上述研究进行了概括并提出了应用前景。     

基于内变量损伤模型的复合材料板的非线性动力响应

基于Talreja复合材料张量内变量损伤模型,建立了复合材料单层板平面应力问题的损伤本构关系,进而获得了层合板的损伤本构方程及非线性动力学方程,且应用有限差分法和迭代法进行求解．数值结果表明,考虑结构的损伤和损伤演化时,结构的非线性动力响应将发生显著的变化。     

循环荷载下钢压弯构件的长细比限值

根据能量等效性假设、热力学第二定律,推出损伤材料的弹性本构方程;采用混合强化准则,考虑Bauschinger效应、屈服平台、硬化(软化)效应及损伤和损伤演化影响,建立了结构钢弹塑性各向异性损伤本构关系。结合构建的本构关系,采用八节点超参数壳体单元,推导了用U.L.格式及Cauchy应力描述的板壳双重非线性有限元方程,并编制了计算程序。利用U.L.格式的壳体大挠度双重非线性有限元分析方法,分析长细比、轴压比对工形截面钢压弯构件滞回性能的影响,提出不需考虑整体稳定的最大长细比建议相关公式、压弯构件长细比限值建议公式。     

基于非线性本构模型的渡槽结构抗裂性能分析

裂缝的存在直接影响水工结构的使用性、耐久性和安全性。正确预测结构可能开裂位置、判定开裂风险对合理采取抗裂控制措施具有重要的指导作用。采用自主开发的混凝土非线性有限元分析软件建立渡槽混凝土结构计算模型,分析了采用非线性本构模型时结构位移场、应力场。分析结果表明:考虑混凝土的材料非线性特性分析结构的位移场、应力场与采用线性本构模型的计算结果规律一致;但非线性本构模型可以更为精确的进行混凝土结构抗裂性能分析,在一些抗裂要求较高的建筑中应提倡考虑混凝土的材料非线性。     

板件宽厚比对高层钢结构压弯构件滞回性能的影响

根据能量等效性假设及热力学第二定律，推出损伤材料的弹性本构方程；采用混合强化准则，考虑Bauschinger效应、屈服平台、硬化(软化)效应及损伤和损伤演化影响，建立了结构钢弹塑性各向异性损伤本构关系．结合构建的本构关系，采用八节点超参数壳体单元，推导了用U．L．格式及Cauchy应力描述的板壳双重非线性有限元方程，并编制了计算程序．分析了翼缘宽厚比、腹板高厚比对工形截面钢压弯构件滞回性能的影响，提出了压弯构件板件宽(高)厚比限值公式及相关公式．     

RC结构二维非线性有限元分析模型的探讨

由于钢筋混凝土结构组成材料的特殊性，在有限元分析过程中，材料本构模型特别是混凝土的材料模型对分析结果的合理性和准确性有很大的影响。对RC结构的二维有限元分析（2D-FEA）的钢筋、混凝土的材料本构模型的合理选取进行了探讨，通过RC平板和单层剪力墙的二维非线性有限元分析，分析结果与试验结果符合较好，得出文中所探讨的材料本构模型能较好地模拟RC结构的非线性特性。     

钢纤维增强SCLC单轴受压本构关系研究

基于复合材料力学性能的复合定律，将钢纤维增强SCLC的本构模型定义为基准SCLC的应力-应变关系与钢纤维增强效应的加权，建立了一种以应变和钢纤维掺量为自变量的钢纤维增强SCLC本构方程，其中SCLC应力-应变关系曲线上升段和下降段分别采用Weibull分布模型和有理分式拟合试验结果得出，以钢纤维增强系数考虑钢纤维的增强效应.利用有限元软件ABAQUS模拟钢纤维增强SCLC棱柱体单轴受压试验，采用上述本构方程，计算钢纤维增强SCLC损伤模型的损伤因子，分析对比得出有限元模拟结果与试验结果吻合，说明上述本构方程可以较好地描述钢纤维增强SCLC应力-应变关系，为钢纤维增强SCLC结构非线性分析提供理论依据.     

一种分析框架结构非线性响应的方法

在有限元动力学方程和材料本构关系的基础上,提出一种结构在准静态和动态荷载作用下的非线性分析方法。建立系统的平衡方程和本构关系方程,并同时联立求解可得到结构的非线性响应。此外,考虑到单元之间的变形协调条件、边界条件、本构关系,提出了一种新的算法,该算法适用于任何性质的单元,且求解的精度较高。最后,通过一个门式刚架的数值模拟验证了该方法的有效性。     

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。     

考虑初始弹模变化的混凝土动力损伤本构模型

混凝土的动力本构模型是混凝土结构动力分析的基础,混凝土的初始弹模变化对其动力本构有显著的影响。该文研究考虑初始弹模变化的混凝土动力损伤本构模型的建立方法。首先根据损伤理论建立了混凝土动力损伤与静力损伤之间的关系,并且考虑了动力损伤与静力损伤之间初始弹性模量的差异,进而建立了基于静力损伤本构理论的混凝土动力损伤本构方程。该方程可以考虑弹模变化和加载速率的变化对本构方程的影响。文中还利用现有实验结果进行了验证,表明该文建立的模型可以较好地反映混凝土的动力损伤特性。