基于能量耗散的混凝土单轴受拉损伤模型

从能量耗散的角度,提出了一种由高斯积分算法计算损伤的混凝土单轴受拉损伤模型,推导了损伤变量D的方程式,通过与几种典型的单轴受拉损伤模型进行了比较,初步验证了本文模型,表明本模型形式简单、精确度高、工程应用方便。     

基于能量耗散原理的混凝土力学损伤模型

从材料变形破坏过程中能量耗散特征入手,视混凝土材料为仅有损伤耗能的脆弹性部分和仅有塑性流动耗能的理想弹塑性部分共同组成,基于复合体损伤理论建立了混凝土力学损伤本构模型。对于脆弹性部分,分别采用张拉损伤和压剪损伤两个损伤变量描述不同应力作用下损伤行为,并通过受荷变形过程中的能量守恒原理推导相应的损伤演化方程;对于理想弹塑性部分则采用Mohr-Coulomb条件加以描述;利用FLAC3D软件开发相应的模型计算程序,算例计算结果表明,模型能够较好反映混凝土的力学特性。     

基于能量损失的混凝土损伤模型

从能量损失的角度出发，提出了一种运用辛普生积分方法进行计算的混凝土损伤模型，推导了混凝土损伤变量D的通用计算公式．通过对典型的混凝土受压和受拉应力—应变关系曲线计算表明，所提出的混凝土损伤变量计算公式不仅能较好地描述混凝土损伤随应变增长的变化规律，而且还具有简单、实用、精度较高等优点。     

基于能量耗散原理建立的损伤本构模型

在不可逆热力学的基础上,从材料微裂纹引起的能量耗散相等的角度出发,确定了材料的Helmholtz自由能的具体形式,从而得到一种新的建立脆性材料损伤本构关系的方法.并结合岩体特点,推导出了平面应变情况下含单组节理裂隙岩体的本构关系的具体形式.损伤演化率则在前人研究的基础上结合断裂力学及细观损伤理论给出.     

基于能量耗散原理的各向同性损伤本构模型

从损伤是耗散能量的不可逆过程这一基本性质出发,将结构性土与对应重塑土在相同变形下的外力做功之差定义为损伤耗能,进而给出了结构性土体损伤变量的定义式。通过对已有试验数据的整理,得到了具有理论依据的损伤演化方程表达式。利用复合体损伤理论,建立了结构性土各向同性的损伤本构模型。     

基于能量法的混凝土双轴动态受压损伤特性研究

为研究混凝土损伤特性,对边长为150 mm的立方体混凝土试块在不同侧向压力(0,0. 1f_c,0. 3f_c,0. 5f_c)和不同应变速率(10~(-5),10~(-4),10~(-3),10~(-2)s~(-1))下进行循环加卸载试验。用改进的Najar能量法确定了新的损伤变量表达式,以此分析侧向应力和应变速率对混凝土损伤演化的影响。研究结果表明:推荐的损伤变量表达式与混凝土实际受载情况相符;混凝土在双轴受压状态下损伤演化可以分为3个阶段:1)损伤不变阶段; 2)损伤加速发展阶段; 3)损伤发展完成阶段。侧应力对混凝土的损伤发展具有阻碍作用,侧应力越大,对裂缝发展的阻碍作用越强,混凝土的损伤发展滞后性越明显;应变速率对混凝土的损伤演化影响具有一定的规律性,侧应力一定时,混凝土的损伤随着应变速率的降低而滞后。     

结构性土在能量转化过程中的损伤演化规律

结构性土在受荷变形过程中,随着结构的破损,土体的力学性质逐渐由天然状态向完全破损状态(重塑状态)转变,而损伤变量及其演化规律是反映这种转变的核心所在。从损伤耗能的角度,定义了适应结构性土损伤机制的损伤变量表达式。从体应变与剪应变引起的土体损伤耗能不同机制,按照相容概率事件的叠加原理,建立了一般应变状态下土体损伤演化规律的基本表达式。通过一系列的结构性土的三轴压缩试验结果分析,得出了该土体的损伤演化方程,揭示了体应变与剪应变引起的损伤遵守不同的演化规律。理论计算结果与试验吻合,表明按此方法得到的损伤演化方程能够较好的反映结构性土的应力应变关系。     

基于能量耗散的岩石损伤破坏数值模拟

从能量角度出发,研究岩石的逐步损伤以至于破坏的过程,并基于能量耗散原理建立岩石单元的损伤破坏模型,利用FLAC中的fish语言开发计算程序,模拟了岩石的巴西劈裂实验,得出了一些有价值的结论。     

基于能量耗散和声发射的岩石损伤本构模型

为了更好地研究单向受载下岩石的本构关系和损伤演化规律,利用泥岩的单向压缩和声发射试验,分析了岩石的变形特点、能量转化和声发射特征,在此基础上,分别建立考虑能量耗散和声发射的损伤演化方程,提出初始损伤和临界损伤的定义,构建了能够反映岩石压密过程和残余强度阶段的损伤本构模型,并通过单向压缩试验结果对比分析了两种损伤演化规律及理论损伤本构关系。研究结果表明,两种损伤演化规律基本一致,都经历损伤缓慢增加、加速增加和残余损伤3个阶段;材料参数分别影响应力强化、软化和整体应力-应变曲线;两种理论损伤本构关系均较好地反映了岩石的单向受载变形特征,从而证明了所建损伤本构模型符合实际。     

基于能量耗散的混凝土塑性-损伤模型

应用连续介质损伤力学和塑性流动理论,建立了基于能量耗散机制的塑性-损伤耦合模型。模型采用非关联塑性流动法则描述混凝土不可恢复变形的演化。模拟刚度退化的损伤变量演化函数则通过断裂能和应力-非弹性应变空间中的累积耗散能量建立。基于有限元程序ABAQUS,推导了增量格式的材料雅可比矩阵,构建了塑性-损伤模型的仿真分析程序。应用模型分析混凝土板平面内双轴受压试验、混凝土切口梁试验和钢筋混凝土梁受弯试验,计算获得的构件响应与试验结果吻合良好,能够反映多轴应力状态对混凝土抗压强度的影响,也能准确模拟损伤导致的构件非线性反应。     

混凝土弹塑性损伤本构模型研究Ⅰ:基本公式

从分析混凝土材料的基本损伤机制出发,本文采用受拉损伤变量和受剪损伤变量反映微观损伤对混凝土材料宏观力学性能劣化的影响,建议了一类基于能量的弹塑性损伤本构模型。该模型基于有效应力张量分解定义材料的弹性Helmholtz自由能,并根据有效应力空间塑性力学确定了塑性变形的演化法则和塑性Helmholtz自由能。由此给出了材料的总Helmholtz自由能和弹塑性损伤能释放率,建立了符合热动力学基本原理的损伤准则,并根据正交法则得到了损伤变量的演化法则。对Kupfer双轴试验的数值模拟结果初步说明了模型的有效性。文中涉及到的数值算法及进一步的试验验证将在本文第Ⅱ部分给出。     

基于能量耗散理论冻土本构模型的研究

通过损伤理论中的有效应力与损伤影响张量来表现冻土的损伤。冻土耗散函数表示成塑性耗散（DP屈服准则）和损伤耗散之和的形式,其中塑性耗散函数中耦合了损伤变量。通过弹塑性及损伤的演化过程,建立了冻土弹塑性损伤增量本构模型,并给出了其有限元格式。     

基于随机损伤模型的混凝土轴拉破坏过程研究

 采用一维细观力学随机损伤模型,从材料加载过程中损伤能量耗散与应变能释放之间的能量平衡出发,对混凝土试件单轴拉伸破坏过程的稳定性进行分析并得到了破坏过程稳定开展的判定条件。利用这一条件确定了材料由均匀损伤过渡到局部损伤的临界状态,同时指出临界状态异于且滞后于峰值应力状态。临界状态后若为非稳定破坏将发生应力跌落,是材料脆性破坏的表现,若为稳定破坏则材料延性更为明显。理论分析结果表明,包含应力跌落的应力–应变软化不仅与材料力学性能的非均匀性有关,还与试件结构尺寸有关,具有明显的尺寸效应,不能视为单纯的材料属性。最后分别以材料极限应变服从Weibull分布和对数正态分布描述材料的非均匀性,对不同尺寸的混凝土试件轴拉破坏过程进行模拟,表明了所给出结论的合理性。     

基于细观损伤的混凝土破裂过程的三维数值模拟

在细观力学基础上将损伤力学和计算力学相结合来分析混凝土试件的变形、损伤和破坏过程。把混凝土简化成由骨料、砂浆及其二者之间的界面层所组成的三相复合材料,在已建立的混凝土骨料随机分布三维模型基础上用界面单元多次细分技术进行有限元网格划分,基于弹性损伤本构关系采用双折线损伤演化模型描述混凝土细观各相弹性损伤退化,用弹性模量的折减程度来反映混凝土试件在加载过程中的损伤程度。对混凝土圆柱体试件进行了数值模拟计算。进而通过损伤对混凝土材料裂纹的扩展、贯通以及最后破坏的过程进行研究。     

基于能量耗散定义损伤变量的方法

基于对材料变形中的本构能及耗散能的认识，依据循环加载计算耗散能，从能量耗散角度定义材料的损伤变量，并给出了损伤变量的理论计算公式及损伤阈值的确定方法，研究了相关试验结果的损伤扩展规律。     

混凝土弹塑性损伤本构模型研究Ⅱ:数值计算和试验验证

针对建议的基于能量的混凝土弹塑性损伤本构模型[1],将损伤演化和塑性变形解耦,本文建立了模型的弹性预测-塑性修正-损伤修正数值分析框架,给出了无条件稳定的应力更新算法和相应的算法一致性切线模量。在弹性预测-塑性修正过程中,利用谱分解回映算法建立了塑性流动因子和硬化参数的统一迭代格式,减小了有效应力更新的计算量。根据上述数值算法,编制非线性有限元分析程序,对单调和低周反复荷载作用下的混凝土材料和结构试验进行数值模拟,分析结果表明建议的弹塑性损伤本构模型可以较好地描述混凝土材料的典型非线性行为,其数值方法是有效的,为进一步的结构非线性分析应用奠定了基础。     

基于模态应变能的结构损伤识别研究

文中应用有限元分析软件ANSYS10.0建立一个平面刚架结构模型。通过有限元模态分析获得未损伤结构与损伤结构的固有频率和振型。应用单元模态应变能法对模型进行损伤定位。结果证明这种方法对于平面刚架的损伤识别是有效的。     

基于细观力学的盐岩蠕变损伤本构模型研究

在对盐岩在蠕变试验中所表现的损伤特征认识基础上,利用对应性原理建立了基于细观力学的盐岩蠕变损伤本构模型。该模型能够体现考虑损伤和不考虑损伤的蠕变力学过程的巨大差别,应变率随着有效蠕变应力的增大而增大的特征,及在一定畸应力作用下随着静水压力的增大蠕变应变率变小的特征。     

考虑动态应变率效应的混凝土单轴拉伸统计损伤模型

基于准脆性材料细观损伤机制,将损伤概括为"有效受力面积的减小"和"有效受力部位弹性模量的减小"两个方面,可分别利用断裂和屈服2种损伤模式表征;认为材料破坏过程实质上为2种损伤模式累积演化的连续过程。干燥混凝土所表现出的动态本构行为本质上是由于自身的惯性效应引起材料破坏形态以及细观2种损伤累积演化过程的改变。忽略水的黏滞性影响,通过假设不同应变率情况下干燥混凝土损伤演化服从某种相似性规律,建立相应增量形式的单轴拉伸动态损伤本构模型。通过算例和试验结果比较,表明该模型可预测变应变率加载情况下材料均匀损伤阶段的本构行为,等应变率加载可作为其中的一个特例。结合算例从有效应力、名义应力、吸能能力3个角度对材料的动态损伤机制进行探讨。区分开峰值应力状态和局部破坏的临界状态,并建议后者作为本构模型的最终破坏点。此举可充分考虑材料均匀受力阶段的延性,同时避免过多考虑局部破坏阶段本构模型尺寸效应的影响。     

基于碳化损伤的混凝土工业厂房耐久性评估

对基于碳化损伤的混凝土工业厂房耐久性评估方法进行了研究。由于在对混凝土工业厂房的检测中 ,所获得的碳化深度样本一般是小样本 ,采用了适于小样本的一致最小方差无偏估计量来作为混凝土工业厂房碳化深度的点估计量。给出了混凝土工业厂房基于碳化损伤的极限状态方程。对某地区的多座现有工业厂房进行了耐久性评估。结果表明 ,混凝土保护层厚度是决定混凝土工业厂房耐久性至关重要的因素。这种方法可以为混凝土工业厂房的耐久性评估和加固处理提供一定的参考和借鉴作用