混凝土四相复合模型的三维细观破坏模拟

考虑到混凝土内部细微裂隙的存在对混凝土强度和变形的重要影响,提出将混凝土视为砂浆、骨料、界面和随机缺陷组成的四相复合材料模型。混凝土细观单元服从应变空间内增量形式的弹塑性损伤本构,采用破坏单元网格消去法模拟混凝土裂纹扩展,数值模拟了三维混凝土单轴压缩和不同均质度试样的单轴拉伸弹塑性损伤破坏过程。结果表明：文中建立的混凝土四相复合材料模型中增加随机缺陷的模拟,一定程度上符合混凝土成形实际情况;随机缺陷的体积百分比是决定弱化混凝土宏观强度程度的主要因素;均质度低的单轴拉伸试样裂纹咬合明显,均质度高的试样断裂更清晰,数值模拟结果与试验结果较吻合。     

基于细观损伤的岩石受压本构关系模型研究

结合岩石破坏特征,将岩石变形分解为弹性变形和由于微裂缝滑移的塑性变形两部分,由此提出一种细观损伤单元,发展了一类细观损伤物理模型,并从细观层次上解释岩石受压应力-应变关系中的非线性和应变软化现象;基于平衡和变协调条件,建立弹塑性受压本构关系模型,并建议了塑性变形的简化计算方法,利用统计损伤理论和优化算法,确定损伤演化方程,并探讨模型参数与围压的经验关系,进而建立起基于特定围压下的岩石损伤本构关系预测方法.该方法与已有试验结果相比较,结果吻合较好.     

ＧＴＮ损伤模型的算法研究及试验验证

基于ＧＴＮ细观损伤本构理论,引入了塑性极限载荷模型,将完全隐式积分算法与隐式有限 元计算相结合,建立了相应的数值积分算法．通过编写用户自定义材料子程序（ＵＭＡＴ）,实现了修 正的ＧＴＮ模型在有限元软件ＡＢＡＱＵＳ中的应用．通过缺口圆棒试样损伤与断裂的数值模拟,对 修正的ＧＴＮ模型进行了验证,并分析了缺口圆棒试样的裂纹萌生点位置,裂纹扩展情况及应力三 轴度的变化．数值预测与试验结果吻合较好,表明修正的ＧＴＮ模型可以有效的描述材料的损伤和 断裂现象．     

冰弯曲破坏的弹塑性近场动力学模型

为提高粒子方法模拟冰力学性能的准确性,尤其是模拟冰在破坏过程表现出的塑性变形特性,建立了基于无网格粒子法近场动力学理论的冰弯曲破坏弹塑性本构模型。以积分形式表示的近场动力学是一种新兴的非局部理论,它可以应用于无外设准则的破坏过程预报研究,即使在不连续的物体中,仍对变形体有效。首先,依据Von-Mise屈服面准则,建立了基于塑性应变增量与塑性应力增量变化的冰弹塑性本构模型。然后,分析了该模型的边界条件施加方法和冰的失效判断准则。接着,介绍了本构模型在FORTRAN环境下的数值计算方法。最后,利用常规状态型近场动力学方法模拟冰的四点弯曲破坏过程,预报了时间历程的压力曲线。通过冰的四点弯曲过程数值模拟结果与实验结果的比对分析表明,数值模型预报的冰破坏过程、裂纹扩展模式以及压力曲线和试验结果有较高的一致性。由此本文建立的数值模型能够应用于冰的弹塑性弯曲破坏过程预报。该本构模型为模拟船舶在水平冰中航行时的实际破冰过程提高了基本数值策略。     

钢纤维混凝土细观二维建模与数值研究

提出了二维随机凹凸型碎石骨料生成方法,应用ANSYS/LS-DYNA模拟了数值骨料和钢纤维随机碰撞,得到钢纤维混凝土细观二维几何模型和有限元模型。基于双折线弹性损伤演化本构模型,模拟了素混凝土和钢纤维混凝土数值试件在单轴拉伸荷载下的损伤过程。研究结果表明:素混凝土数值试件的破坏模式与真实素混凝土破坏模式比较接近,掺入钢纤维会改变裂纹扩展的路径;钢纤维混凝土二维模型中,裂纹萌生位置和扩展路径影响钢纤维对混凝土的增强增韧效果。     

基于应力-应变曲线的混凝土弹塑性损伤本构模型

为了准确地模拟混凝土材料的力学性能,从有效应力的角度出发,基于连续损伤力学基本原理,根据混凝土的应力-应变关系曲线(以改进的Saenz曲线为例),推导出混凝土受压损伤演化方程,建立基于应力-应变曲线的混凝土弹塑性损伤本构模型,并且开发进入ABAQUS中;通过数值模拟与试验结果对比分析,结果表明该本构模型可很好地描述混凝土的塑性变形、刚度退化的力学行为;对钢筋混凝土桥墩的振动台试验进行模拟,结果表明该模型可较好地模拟地震作用下钢筋混凝土桥墩的损伤演化过程,因此该方法建立的混凝土弹塑性损伤本构模型具有工程应用意义.     

大理岩预制裂纹试样细观损伤试验研究与分析

基于SEM的大理岩试样细观损伤全程跟踪试验方案,选取四川锦屏二级引水隧洞围岩大理岩试样进行试验观察．利用扫描电镜拍摄大量不同荷载作用下的细观损伤演化图像,从中选择有代表意义的图像进行损伤破坏特性分析．研究结果表明,由于应力集中的影;向,预制裂纹大理岩试样在加载初期产生与预制裂纹垂直的微裂纹;随着荷载的增加产生大量的拉裂纹及分叉裂纹,裂纹的扩展方向逐渐向加载轴方向转动;由于初始损伤和损伤的不断积累,压剪作用对岩石的破坏起控制作用,并形成剪切破坏面．     

三维加锚弹塑性损伤模型在大型山体边坡工程中的应用

首先根据节理岩体的损伤机制 ,建立了三维弹塑性损伤本构模型反映节理岩体的损伤变形特性 ,然后考虑节理岩体的岩锚支护效应 ,建立了空间损伤锚柱单元模型模拟锚杆的支护效果 ,最后将建立的模型应用于三峡船闸高边坡 ,进行了边坡加锚节理岩体开挖卸荷三维非线性有限元计算 ,获得了一些有益的工程结论     

沥青混合料粘弹塑性本构关系及大变形有限元分析一般理论

应用Perzyna’s理论和Mises屈服准则建立沥青混合料粘弹塑性本构方程,并扩展到三维方程;应用Newton-Raphson迭代程序的逐步积分方法,获得了小变形粘弹塑性本构理论增量形式和有限元数值方程。基于小变形本构理论,把其应力应变、应力偏量和等效应力分别改用Cauchy应力的Jaumann导数、变形率、应力偏量和等效应力,推导出大变形粘弹塑性增量形式的本构方程和数值方程,建立了沥青混合料粘弹塑性理论体系。     

等围压条件下岩石本构模型及损伤特性

为了揭示岩石变形破坏的全过程,将连续损伤理论与非平衡统计方法相结合,建立了等围压作用下岩石的损伤本构模型,推导了模型参数与岩石变形破坏特征参量的理论关系,分析了砂岩以裂纹为主导的变形破坏过程.结果表明:岩石损伤细观上表现为原始微裂纹的扩展贯通,其宏观力学特性取决于岩石内部的细观力学响应;随着轴向应变的增加,岩石损伤经历演化、稳定扩展、损伤加速,直至产生破坏;随着围压的增加,砂岩的损伤劣化程度减小,损伤演化率逐渐降低,宏观上表现为岩石平均强度的增大和塑性的增强.通过试验结果验证,损伤本构模型合理可行.     

Improved parameter selection method for mesoscopic numerical simulation test of direct tensile failure of rock and concrete

In order to numerically simulate the failure process of rock and concrete under uniaxial tension, an improved method of selecting the mechanical properties of materials was presented for the random mechanic parameter model based on the mesoscopic damage mechanics. The product of strength and elastic modulus of mesoscale representative volume element was considered to be one of the mechanical property parameters of materials and assumed to conform to specified probability distributions to reflect the heterogeneity of mechanical property in materials. With the improved property parameter selection method, a numerical program was developed and the simulation of the failure process of the rock and concrete specimens under static tensile loading condition was carried out. The failure process and complete stress-strain curves of a class of rock and concrete in stable fracture propagation manner under uniaxial tension were obtained. The simulated macroscopic mechanical behavior was compared with the available laboratory experimental observation, and a reasonable agreement was obtained. Verification shows that the improved parameter selection method is suitable for mesoscopic numerical simulation in the failure process of rock and concrete.     

Discontinuous deformation and displacement analysis: From continuous to discontinuous

A discontinuous deformation and displacement(DDD) analysis method is proposed for modelling the rock failure process. This method combines the rock failure process analysis(RFPA) method(based on finite element method) and discontinuous deformation analysis(DDA) method. RFPA is used to simulate crack initiation, propagation and coalescence processes of rock during the small deformation state. The DDA method is used to simulate the movement of blocks created by the multiple cracks modelled by the RFPA. The newly developed DDD method is particularly suitable for modelling both crack propagation and block movement during the rock failure process because of the natural and convenient coupling of continuous and discontinuous deformation analyses. The proposed method has been used to simulate crack initiation, propagation and coalescence within a slope as well as the block movement during the landslide process. Numerical modelling results indicate that the proposed DDD method can automatically simulate crack propagation and block movement during the rock failure process without degrading accuracy.     

带承台单桩竖向承载变形特性数值分析

基于无厚度的接触面单元模拟桩-土之间的非线性接触特性,采用Mohr-Coulomb弹塑性本构模型描述土的非线性特征。桩取为弹性,对带承台单桩进行了三维弹塑性有限元分析,得到了桩顶沉降、桩身轴力、桩周侧摩阻力、桩土荷载分担比等变化情况,基本反映了桩-土的实际工作性状。     

基于预插黏性界面单元的混凝土细观拉伸断裂过程数值模拟

为确定预插黏性界面单元法模拟混凝土细观拉伸断裂的有效性和适用性,基于黏性裂缝模型理论,在实体单元中嵌入黏性界面单元(cohesive interface elements),对东江拱坝二级配混凝土试件单轴受拉的断裂过程进行数值模拟.按照试件的实际配比计算出各种粒径骨料的数目,采用Monte-Carlo法对混凝土骨料进行随机投放,生成试件的随机骨料模型,研究黏性界面单元的网格密度、骨料随机分布形式及界面单元的断裂参数对混凝土宏观力学性能及断裂模式的影响.结果表明:采用黏性界面单元可有效地模拟混凝土材料细观断裂破坏过程和宏观力学性能.     

脆性多裂纹扩展问题的近场动力学建模分析

针对脆性多裂纹扩展问题,基于近场动力学（PD）理论开展本构建模与数值方法研究.在常规微弹脆性本构模型基础上引入物质点对的转动,同时在本构力模型中增加能够反映物质点间长程力尺寸效应的核函数,提高计算精度、效率和结果的稳定性.构建能够以统一的模型和算法自然模拟脆性多裂纹扩展全过程的PD数值体系.通过定量分析确定最佳近场尺寸及核函数,通过双裂纹巴西圆盘和多裂纹脆性板的破坏过程模拟验证所提模型和算法,结果表明：改进型PD模型和数值方法可以定性、定量分析脆性多裂纹扩展问题.模拟单轴拉伸荷载作用下双裂纹脆性板的裂纹扩展过程,得到了初始裂纹分布情况对结构破坏形式和承载能力的影响规律.     

基于Mohr准则的岩石损伤本构模型及其修正研究

基于Mohr准则,重新定义了岩石微元强度。考虑岩石微元强度服从随机分布的特点,结合损伤力学理论和统计强度理论,建立了三轴压缩条件下岩石损伤本构模型。为使建立的模型更具一般性,分析了模型参数与围压的关系,并据此对模型参数进行合理修正,从而建立出完整的岩石损伤本构模型。与试验结果比较,所建模型可以灵活地模拟各级围压下岩石破裂过程的全应力应变关系,尤其是应变软化特性。同时,该模型形式简单,应用方便,接近工程实际。     

Model of Random Polygon Particles for Concrete and Mesh Automatic Subdivision

In order to study the constitutive behavior of concrete in mesoscopic level, a new method is proposed in this paper. This method uses random polygon particles to simulate full grading broken aggregates of concrete . Based on computational geometry, we carry out the automatic generation of the triangle finite element mesh for the model of random polygon particles of concrete. The finite element mesh generated in this paper is also applicable to many other numerical methods.