自适应有限元结合弧长法求解软化问题

将自适应有限元与弧长法迭代算法相结合，用于软化材料的弹塑性有限元计算．讨论了程序中软化材料的弹塑性计算、本构积分、弧长法迭代、自适应有限元，得到了自适应有限元与弧长法结合计算软化问题的流程图．算例分析结果验证了本文分析方法的有效性，表明自适应有限元在模拟局部化问题中具有优势．     

钢筋混凝土板的三维非线性有限元分析

采用组合式钢筋混凝土非线性有限元方法,对集中荷载作用下钢筋混凝土板进行了极限承载力分析,混凝土材料采用弹塑性本构模型;为考虑材料达到极限强度后的性能,用弥散裂缝模式模拟混凝土拉裂后的应变软化及应力释放,用应变空间破坏面近似处理混凝土的压碎型破坏;钢筋采用等效薄膜模拟,经与试验结果对比,两者吻合性较好。     

砼断裂韧度尺寸效应的试验研究

为研究混凝土断裂韧度的尺寸效应,将基于Weibull统计破坏的尺度律与基于Bazant能量释放的统一尺度律进行对比,进行了三种混凝土断裂韧度,即起裂韧度 、失稳韧度 及临界裂缝尖端张开位移CTODc的试验研究。采用在建桥梁所用高强混凝土材料制作了6组几何相似,最大尺寸为S×H×B=1280 mm×320 mm×160 mm,总共18根带预制缺口的素混凝土平面应变三点弯曲试件,应用MTS材料试验机、动态应变仪等测试手段获得了试件的载荷-加载点位移、载荷-裂缝口张开位移全过程曲线以及裂缝前沿应变等。计算结果发现考虑了裂缝前沿过程区影响后的混凝土断裂韧度仍然表现出一定程度的尺寸效应,而Bazant统一尺寸效应律较Weibull尺寸效应律更适合预测大尺寸混凝土材料的断裂韧度。     

基于隐式梯度模型的混凝土损伤的数值模拟

分析了局部损伤模型在进行混凝土应变软化模拟时存在的问题:网络依赖性和零能量损耗问题;分别应用隐式梯度模型和局部模型对混凝土应变软化进行了模拟。计算表明该隐式梯度模型可较好避免有限元在应变软化模拟时的网络依赖性,预测出的荷载-位移响应与实际情况吻合较好。     

湿筛混凝土试件的静、动破坏数值模拟

基于数字图像方法重构生成与真实骨料一致的混凝土骨料模型.混凝土各相材料的本构模型采用混凝土塑性损伤本构模型,考虑材料的应变软化,对湿筛混凝土试件的静、动破坏进行研究.研究结果表明:(a)混凝土的应力-裂缝宽度模型适用于骨料、砂浆和界面等各相材料.(b)随着应变率增加,混凝土的破坏形式明显由单条宏观裂纹向多条裂纹变化.(c)材料惯性对材料破坏荷载有一定影响,当应变率达到60s-1时材料的动力增强因子明显增大,惯性影响不可忽略;当应变率达到80s-1时材料惯性对材料破坏荷载影响较大;当应变率小于207.8 s-1时由率效应引起的动力强度增加大于由惯性效应引起的动力强度增加.     

高温后混凝土的裂缝张开位移

进行了高温后混凝土楔入劈拉法断裂试验,研究裂缝扩展全过程中裂缝口张开位移与裂缝尖端张开位移之间的关系.根据裂缝口张开位移-裂缝尖端张开位移曲线判断起裂荷载,并与采用荷载-裂缝口张开位移判断的起裂荷载进行比较,两者能较好吻合.采用两参数和铰链模型由实测裂缝口张开位移值计算裂缝尖端张开位移,并与试验尖端张开位移值进行比较,发现两参数模型更为准确.确定高温后混凝土楔入劈拉试件裂缝尖端张开位移与裂缝扩展长度的关系,两者呈指数关系.     

钢筋混凝土薄膜元裂缝角软化桁架模型

提出钢筋混凝土裂缝开展角计算公式和钢筋混凝土裂缝角软化桁架模型。这种模型满足二维应力平衡条件、莫尔应变协调条件和混凝土双轴软化本构关系。它不仅能预估钢筋混凝土的强度,特别是开裂后的剪切强度,而且能表达荷载—变形非线性关系的全过程。     

整体式碾压混凝土重力坝预裂缝的效应与分析

为防止温度裂缝，在整体式碾压混凝土重力坝中预设裂缝，采用空间有限元法计算具有预裂缝的整体式碾压混凝土重力坝的应力和位移，分析预裂缝对坝体应力和位移场的影响，在有限元计算中考虑碾压混凝土薄弱面的影响.将坝体材料作为正交各向异性材料，采用相当弹性模量，对预裂缝问题提出合理建议。     

混凝土坝裂缝失稳扩展判据

由于混凝土坝裂缝在失稳扩展前常发生亚临界扩展,难以测量混凝土坝裂缝尖端张开位移,且通过试验获得稳定的临界裂缝尖端张开位移比较困难,因此不能直接应用裂缝尖端张开位移理论分析混凝土坝裂缝失稳扩展.针对该问题,推导了裂缝开度与裂缝尖端张开位移之间的几何关系,通过类比建立了一个基于实测的裂缝开度δ的裂缝失稳扩展判据,提出了以统计学原理及小概率法确定判据中临界裂缝开度cδ的方法,并给出了确定临界裂缝开度cδ的具体步骤.研究表明,该判据具有一定的适用性和可操作性,能直接应用于大坝的安全管理.     

基于非局部模型的混凝土损伤的数值模拟

分析了局部损伤模型在进行混凝土应变软化模拟时存在的问题:网络依赖性和零能量损耗问题;在传统的非局部损伤模型中引入光滑的权函数,构造一种新的非局部损伤模型。计算表明该非局部损伤模型可较好避免有限元在应变软化模拟时的网络依赖性,预测出的荷载-位移反应与实际情况吻合较好。     

Arc-length technique for nonlinear finite element analysis

Nonlinear solution of reinforced concrete structures, particularly complete load-deflection response, requires tracing of the equilibrium path and proper treatment of the limit and bifurcation points. In this regard, ordinary solution techniques lead to instability near the limit points and also have problems in case of snap-through and snap-back. Thus they fail to predict the complete load-displacement response. The arc-length method serves the purpose well in principle, received wide acceptance in finite element analysis, and has been used extensively. However modifications to the basic idea are vital to meet the particular needs of the analysis. This paper reviews some of the recent developments of the method in the last two decades, with particular emphasis on nonlinear finite element analysis of reinforced concrete structures.     

断层-围岩系统的形成过程及快速回跳数值模拟

采用FLAC模拟了断层-围岩系统的形成过程及位移的分布规律.计算中采用了莫尔-库仑与拉破坏复合的破坏准则,峰后岩石本构关系为线性应变软化.两条断层带(或剪切带)汇交时系统形成,之后其承载能力下降.在断层带左侧,由于在系统承载能力降低的过程中,弹性应变的快速恢复,出现了快速回跳现象(系统失稳).在断层带之外,位移分布是均匀的.在断层带位置,存在较大的位移梯度.系统承载能力越低,位移梯度越大.远离加载端的区域先回跳,然后回跳区域逐渐扩大,向加载端传播,直到整个系统都回跳.上述过程持续的时间步数较少,说明了系统失稳的突发性.系统整体回跳发生于应变软化阶段.     

求解无限大弹性体扁平椭圆状裂纹的一种等效方法

给出一种等效方法,将椭圆状裂纹在局部等效为币状裂纹,这些币状裂纹的裂纹面最大张开位移是相同的,等于椭圆状裂纹的裂纹面最大张开位移,并求解了无限大弹性体中扁平椭圆状裂纹前缘的应力强度因子．与已有的方法相比,该方法不仅简单易行,而且易于理解和数学处理．     

保持C2连续的一类弧长参数化方法

讨论C^2参数曲线的弧长参数化，在弧长区间选择性地取若干插值节点，利用原参数曲线的C^2连续性质，构造一类局部性Hermite插值三次样条、反插值参数曲线的弧长函数，从而导致的近似弧长参数方程几何上完全描述原参数曲线，且自然地保持C^2连续，近似弧长骑数化曲线对于精确弧长参数曲线具有实际应用所期望的逼近性质。     

岩石三点弯曲圆梁试样的突变分析

分析了岩石、混凝土和陶瓷等一类材料的3点弯曲圆梁在断裂测试中可能出现的“回跳”失稳行为，即一种突变现象，对这种试样提出了一个不同于3点弯曲矩形截面梁的失稳条件。     

非线性全过程分析在ZJ70D型钻机井架承载性能仿真中的应用

针对ZJ70D型钻机井架的结构特点,考虑梁柱效应以及大位移效应,根据集中塑性法,提出弹塑性大位移分析的简化单元模式和计算方法,建立石油井架非线性全过程分析的数学模型,采用弧长法实现了结构非线性平衡路径的全过程跟踪。对ZJ70D型钻机井架进行承载性能仿真,结果表明：应用该方法可以确定井架的失稳状态、破坏形式及极限承载力,为石油井架的承载力预测和安全评估提供了依据,具有一定的实用价值。     

基于位移形函数和力形函数的梁柱单元理论对比研究

基于位移形函数的梁柱单元理论被广泛应用于框架结构梁柱单元的有限元分析,但其计算精度受到位移形函数的限制而难以提高.对比基于位移形函数的相关理论,总结基于力形函数的梁柱单元理论,进行有限元程序编制,计算过程中采用柱面弧长法来进行迭代求解.程序计算结果对比表明,基于力形函数的梁柱单元计算效率和计算精度均高于基于位移形函数的梁柱单元.     

纤维模型在平面框架非线性静力分析中的应用

为准确描述钢筋混凝土结构局部的受力情况,通常需要采用微观模型来进行非线性有限元分析.将梁柱单元建立在弹塑性纤维模型的基础上,直接从材料本构关系出发,对平面钢筋混凝土框架结构进行了金过程非线性静力分析.在框架结构与梁柱单元之间用刚度法,组装杆件刚度得到结构刚度;杆件与杆件内部积分点处的横截面之间采用柔度法,基于杆端力和截面力的平衡获得杆件刚度;每个横截面通过平截面假定协调纤维变形,同时考虑了几何非线性,由纤维的刚度得到截面刚度.为追踪非线性反应的软化段,求解时选取柱面弧长法.同时选取实例分别进行单向推覆和低周反复加载试验的程序模拟,得到了较好的效果,并提出进一步优化改进的建议.     

基于奇异有限元法对大曲率缺口断裂问题的数值分析

利用其局部解构造了一种新的大曲率缺口位移模式;建立含大曲率缺口损伤结构有限元方程和与相应的缺口奇异单元;提出了求解大曲率缺口应力与应力强度因子等断裂参量的数值计算方法,数值算例说明本文方法是一种有效的数值计算分析方法。