混凝土损伤本构模型

结合国内外资料,列举了几种具有代表性的混凝土损伤本构模型,详细介绍了各种模型的优缺点,并提出了今后的研究任务和目标。     

适用于混凝土结构非线性分析的损伤本构模型研究

基于不可逆热力学原理提出一种简单的混凝土类准脆性材料的损伤本构模型,具有参数相对少、公式表达简单、易于数值实现等特点。采用双标量损伤变量来描述混凝土的拉伸和压缩不等性、刚度及强度退化特性;通过分解自由能为体积和剪切两部分,在体积部分引入单边效应函数来考虑裂纹闭合效应;通过对损伤变量的黏性化处理以及附加弹性条件来考虑率相关性。给出混凝土试件在单轴拉伸和压缩、双轴加载、三轴压缩以及应变率影响的不同加载条件下的数值计算结果,与试验结果比较吻合。通过对缺口梁三点弯曲加载破坏过程和重力坝地震响应的数值模拟,验证损伤模型在大尺度混凝土结构的非线性分析方面,具有较好的收敛性和计算能力。     

基于并联假设的混凝土高温损伤本构模型

假设混凝土由一系列几何属性相同的结构微元并联而成,利用结构微元的随机断裂和高温软化模拟混凝土在力学荷载和温度荷载作用下的损伤机制,建立混凝土高温损伤本构模型;采用Mazars等效应变作为描述结构微元断裂破坏的强度判据,建立力学损伤演化方程;采用弹性模量随温度的变化反映高温作用下结构微元性能劣化的程度,建立热损伤演化方程;通过单轴压缩应力应变试验曲线和弹性模量随温度的变化曲线,给出了损伤演化方程中参数的求解方法。最后通过数值计算,得到了不同温度和围压作用下的应力应变关系。     

混凝土的非局部损伤本构模型研究

本文以塑性应变与非局部损伤作为内变量 ,引人耗散势 ,基于连续损伤力学和热力学第二定律 ,建立起一个能全面描述混凝土材料本构行为的非局部非弹性损伤本构方程 ,其单向拉伸与压缩状态下混凝土的计算结果及其绘出的应力与应变关系曲线 ,与实验结果是相当吻合 ,表明研究成果与实际材料相当符合     

混凝土损伤本构模型研究评述

现有混凝土本构关系主要是基于成熟的经典弹塑性模型所建立的,弹塑性模型在数学上较严格,但是与混凝土材料破坏机理不协调,各国学者针对混凝土这类特殊多相复合材料提出了很多基于不可逆热力学理论的损伤本构模型。系统综述了混凝土损伤本构研究的成果,在分析了各个有代表意义的混凝土损伤本构模型基础之上,对比研究了各个模型的特点及各自适用范围,通过总结前人成果,为损伤本构模型研究提供了思路。     

混凝土多轴弹塑性损伤本构模型

建立了混凝土的多轴弹塑性损伤本构模型.考虑到混凝土在受拉和受压荷载作用下的不同破坏机理,将应力张量分解成受拉和受压两部分,定义了塑性屈服函数,从而达到考虑混凝土塑性变形的目的.在连续损伤力学理论的框架内定义了相应的损伤变量,并分别给出了损伤准则,以描述材料的不同损伤过程.对混凝土的单/双轴受拉和单/双轴受压四种加载情形进行了数值计算,并与相关的试验对比,结果验证了模型的正确性及有效性.     

型钢混凝土粘结损伤本构模型

型钢与混凝土之间的粘结损伤是一个非常复杂的过程 ,其损伤机理很少有人研究。将概率引入损伤的定义 ,首次提出了基于概率统计的型钢混凝土粘结损伤本构模型 ;并用两个推出试验展现了型钢混凝土粘结损伤的发展演化过程。     

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。     

混凝土弹塑性损伤本构关系统一模型

在提出了静力弹塑性损伤本构模型的基础上，通过对损伤能释放率阀值进行PERZYNA粘性规则化以及引入粘弹性一损伤阻尼应力，建立了基于能量的混凝土弹塑性损伤本构关系统一模型；给出了该模型的基本公式和相应的非线性有限元数值实现算法，并对KOYNA混凝土重力坝进行了动力非线性数值模拟。结果表明：建议统一模型能较好地描述包括应变率效应在内的混凝土典型非线性行为，并可以直接在材料本构层次考虑阻尼的影响，同时其数值算法是稳定有效的，可以应用于大型混凝土结构的非线性分析。     

关于混凝土HJC本构损伤模型的几点探讨

运用非线性动力分析软件15-DYNA,选用111#材料模型-HJC动态损伤本构模型,对混凝土SHPB试验进行数值模拟,探寻HJC模型部分材料参数的意义以及模型本构.数值模拟结果表明:在选用HJC动态本构模型模拟混凝土SHPB实验中,试样处于三向应力状态,在一维效应影响的同时还存在惯性效应的影响.材料参数A、B、C、N、D各自在不同的方面对屈服而的形状产生着影响.     

高温下钢筋混凝土柱耐火极限的简化计算方法

本文以四面受火的钢筋混凝土轴压柱为研究对象,提出了一种计算钢筋混凝土柱耐火极限的简化计算方法,并通过与试验结果进行对比,初步验证了本文所提方法的可行性.     

冻融和碳化共同作用下混凝土损伤分析

通过室内模拟试验,研究了冻融和碳化共同作用下混凝土质量和相对动弹性模量的变化规律.结果表明:混凝土在冻融和碳化共同作用下的损伤大于其在冻融单一作用下的损伤.建立了混凝土在冻融和碳化共同作用下的损伤模型,该模型拟合精度较高.     

碳纤维混凝土的动态损伤本构模型

采用Φ100mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置进行了碳纤维混凝土(CFRC)的冲击压缩实验,获得了CFRC在10～102 s-1应变率范围内的应力应变曲线,分析了CFRC的强度和破坏形态,建立了碳纤维混凝土非线性损伤粘弹性本构方程。结果表明:碳纤维对混凝土有良好的增强作用,具备优异的冲击力学性能;本构模型提供的理论曲线与试验曲线比较接近,可以较为准确地描述碳纤维混凝土的高应变率力学行为。     

一种简化的混凝土损伤本构模型及其应用

针对混凝土在不同应力状态下强化、损伤的各向异性发展及各向异性效果、体积和偏量变形间的耦合和损伤机理与破坏模式的差异等不可逆变形以及损伤的基本特征，提出了一种简化的损伤本构模型。它采用标量损伤变量以避免采用各向异性损伤张量造成的分析与计算上的困难，同时采用Lode参数μσ描述不同应力状态及非比例加载史下材料的各向异性损伤与损伤的各向异性效果，发展了相应的算法。对三轴复杂加载史下混凝土的响应进行了分析，其结果与试验结果的比较显示了良好的一致性。     

隧道火灾后衬砌混凝土受损分析

结合混凝土高温受损的特性,对杭金衢高速公路樊村1号隧道火灾后衬砌混凝土在高温下受混凝土内温度梯度剧烈变化而发生表面硬化、裂缝、颜色变化、集料变质、混凝土崩落等现象进行了分析,并提出了提高公路隧道抗火灾能力的措施。     

岩石的高温动态统计损伤本构模型研究

结合连续强度理论和随机统计分布假设,在常温统计损伤演化方程的基础之上引入温度影响因素,推导了大理岩的高温统计损伤演化方程;采用组合建模的方法,以损伤力学为基础,将统计损伤体引入到粘弹性本构模型中,构建了能够反映温度影响效应的大理岩高温动态统计损伤本构模型。利用带高温装置的分离式霍普金森压杆试验系统进行了大理岩在不同高温与不同加载速率共同作用下的动态力学试验,基于试验结果,确定大理岩高温动态统计损伤本构模型的参数,并对理论模型进行验证,拟合程度较好,可为岩石类脆性材料动态本构关系的进一步研究和工程应用提供参考依据。     

岩土损伤本构模型研究进展

损伤力学在岩土工程中的应用日益广泛,很多学者建立了一大批基于不同条件的、适合不同材料的、考虑不同环境影响的各式各样的岩土损伤本构模型。根据研究损伤的方法不同,本文将这些损伤本构模型大体分为三类:宏观损伤本构模型、细观损伤本构模型和统计损伤本构模型,并对其进行评述,指出了当前损伤本构模型研究存在的问题和发展趋势。     

基于Stefan效应的混凝土随机细观黏性损伤模型

在中、低应变率时(地震作用加载速度),混凝土应变率效应主要由黏性机制控制.试验表明,混凝土中的自由水对应变率效应有着重要的影响,发现含水率高的混凝土动力拉伸应变率效应比含水率低的明显.自由水的存在是混凝土产生黏性效应的细观物理机制.其物理背景是,动力加载时混凝土微缺陷中自由水的运动产生了类似Stefan效应的阻力,从而使混凝土的裂纹扩展阻力变大.本文从Stefan效应的物理方程出发,通过对Stefan-Reynolds方程进行适当变形,发现基于Stefan效应的黏性效应实际是源于混凝土微缺陷非均匀性的一种细观结构效应.从而实现了对Stefan效应定量化分析,使得混凝土宏观黏性系数有了较明确的物理含义.在上述基于Stefan效应细观解释的基础上,结合细观随机断裂模型得到了混凝土在中、低应变率时考虑应变率效应的黏性动力损伤模型.     

混凝土结构火灾损伤评估方法研究进展

本文综述了国内外混凝土结构火灾损伤的评估方法并进行了优劣势分析,介绍了混凝土结构火灾损伤红外热像-电化学与温度场分析匹配组合的综合评估的新方法,提出了混凝土结构火灾损伤评估方法的发展趋势。