基于扩展有限元的混凝土梁断裂破坏仿真研究

基于扩展有限元方法,模拟不同缝高比以及截面高度混凝土三点弯曲梁断裂破坏过程,构建了混凝土梁荷载-开口位移的数学模型,研究初始缝高比及构件尺寸对混凝土梁应力强度因子以及损伤耗能的影响发展规律。研究结果表明,混凝土梁三点弯曲的荷载-开口位移发展曲线可以分为线性上升、非线性上升与非线性下降三个阶段。混凝土梁抵抗断裂破坏的能力会随着初始缝高比的增大而减小,随着构件截面高度的增大而增强。相同荷载下混凝土应力强度因子会随着初始缝高比的增大而增大,随着截面高度的增大而减小。混凝土梁构件三点弯曲加载过程中的损伤耗能具有明显的三阶段发展演化规律。     

基于广义扩展有限元法的裂纹追踪分析

广义扩展有限元法(GXFEM)是结合广义有限元法(GFEM)与扩展有限元法(XFEM)形成的一种新型数值分析方法。由于广义扩展有限元法同时继承了广义有限元法和扩展有限元法的优点,与其他数值方法相比具有独特的优势。本文阐述了广义扩展有限元法的基本原理和数值实现方法,编制了相关计算程序,实现其裂纹扩展的追踪分析。     

混凝土,纤维混凝土裂纹扩展分析

介绍了近代混凝土，纤维混凝土材料的有关断裂力学研究理论，对混凝土，纤维混凝土材料的裂纹扩展作了一些探讨分析，涉及到混凝土材料应用软化曲线及其应用，裂纹尖端应力奇异性的解释和处理等内容，就混凝土断裂不同于经典断裂力学中的“裂纹失稳扩展”断裂，提出了一种断裂力学模型来描述混凝土的裂纹扩展过程。     

基于扩展有限元法的混凝土开裂研究进展

混凝土开裂问题影响工程结构耐久性,有限元方法是研究混凝土开裂的一种重要手段。已有研究表明,扩展有限元法对于研究非线性不连续性问题较为有效,在研究混凝土开裂方面已取得了一定进展。为此,该文首先对扩展有限元法进行了简单介绍,然后根据已有成果进行了分类重点说明,概述了应用基础扩展有限元法以及加强化处理的扩展有限元法在混凝土开裂方面取得的一系列成果,最后提出了当前存在的一些问题以及今后的发展方向。     

扩展有限元法在重力坝断裂分析中的应用研究

扩展有限元法是近年来发展起来的分析不连续问题(特别是断裂问题)的一种有效方法。介绍了扩展有限元法的基本原理,给出了采用扩展有限元法进行裂纹扩展分析的方法,最后采用扩展有限元法模拟了混凝土重力坝坝踵裂缝扩展过程,分析了其变形、应力场分布规律。算例表明扩展有限元法在进行断裂分析时克服了常规有限元法的缺点,避免了常规有限元法在分析断裂问题时繁琐的前处理过程,不需要裂纹面与有限元网格一致,不需要在裂缝周围布置高密度网格,模拟裂纹扩展过程时不需要不断地重新划分网格,展示了扩展有限元法在大坝开裂分析中的独特优势。     

基于扩展有限元的巴西圆盘动态裂缝扩展分析

应用ABAQUS扩展有限元方法模拟了冲击荷载下含预设裂纹混凝土巴西圆盘的裂纹扩展、贯通情况,分析了其应力场分布规律和不同网格算法对裂纹扩展路径的影响.算例表明：含有初始切槽的巴西圆盘Ⅰ型裂纹从裂尖最先起裂沿着直径方向扩展,网格算法对扩展路径几乎没有影响,离散性较小;ABAQUS平台的XFEM能够正确捕捉裂纹开裂的位置以及扩展的路径,具有广阔的工程应用前景.     

混凝土、纤维混凝土裂纹扩展分析

介绍了近代混凝土．纤维混凝土材料的有关断裂力学研究理论，对混凝土．纤维混凝土材料的裂纹扩展作了一些探讨分析。涉及到混凝土材料应变软化曲线及其应用、裂纹尖端应力奇异性的解释和处理等内容。就混凝土断裂不同于经典断裂力学中的“裂纹失稳扩展”断裂，提出一种断裂力学模型来描述混凝土、纤维混凝土的裂纹扩展过程。     

冲击荷载作用下含裂纹的钢筋混凝土梁动力响应及裂纹扩展分析

含裂纹的钢筋混凝土梁在冲击荷载作用下的冲击响应是一个复杂的非线性过程。采用最大主应力准则作为混凝土的开裂准则。利用ABAQUS建立了冲击荷载下含裂纹的钢筋混凝土梁的三维模型,其中,混凝土梁采用三维实体单元,钢筋采用桁架单元,不考虑钢筋与混凝土之间的黏结滑移。通过沙漏能控制确保数值模拟方案的精确性与合理性。通过改变冲击速度、冲击块质量和配筋率等参数,得到这些参数对冲击作用下含跨中裂纹的钢筋混凝土梁的动力响应与裂纹扩展的影响,揭示冲击响应与裂纹扩展随参数变化规律。结果表明:随着冲击速度、冲击块质量的增大,钢筋混凝土梁激起的响应越剧烈;配筋率的提高可以增加钢筋混凝土梁的抗冲击性能;裂纹为非均速发展,前期裂纹发展速度较快,后期扩展速率较慢;提高配筋率可以抑制裂纹的发展。     

花岗岩试件三点弯曲试验裂纹扩展数值模拟

通过运用岩石破裂过程分析(RFPA^20)系统，对花岗岩试样三点弯曲试验裂纹的扩展进行了数值试验。数值试验结果表明：在对花岗岩试样加载过程中，裂纹的扩展路径总体上遵循一定的规律，即该裂纹扩展为沿晶扩展；由于花岗岩本身的非均匀性，局部的裂纹扩展呈现出曲折性。数值模拟结果与相关试验结果具有较好的一致性。     

基于XFEM的岩石裂纹扩展数值模拟

扩展有限元法(XFEM)采用水平集法描述裂纹,以单位分解方法改进形函数,可以很有效的模拟含裂纹问题。以ABAQUS软件为平台,利用XFEM计算了有限板应力强度因子,模拟了大理岩三点弯曲荷载下的裂纹开展状况。结果表明,扩展有限元法能有效的对裂纹扩展过程进行仿真,计算结果满足工程要求,为解决实际复杂问题提供了方便的途径。     

多裂纹相互作用下混凝土断裂参量的有限元数值分析

基于虚拟裂纹闭合技术（VCCT）,采用有限元分析方法对具有预制中心裂纹的三点弯曲混凝土梁的能量释放率G和应力强度因子K进行了分析计算,应力强度因子的计算结果和相关的理论结果具有较好的一致性,验证了该方法的有效性。然后,考虑2条对称的副裂纹,分析计算了混凝土梁的副裂纹长度对主裂纹应力强度因子的作用效果,获得了副裂纹长度对主裂纹应力强度因子的影响规律。最后,固定主裂纹和副裂纹的长度,改变副裂纹的位置,在多裂纹相互作用下,对混凝土梁副裂纹与主裂纹之间的相对位置对主裂纹应力强度因子的影响进行了计算,得出了副裂纹位置变化对主裂纹应力强度因子的影响规律。该数值方法的建立,对处理和计算混凝土的多裂纹断裂问题具有较好的工程应用前景。     

FRP加固混凝土梁的有限元分析

碳纤维复合材料(CFRP)加固混凝土结构是一种新型结构加固方法。在大比例模型试验的基础上,应用有限元程序对 T 型梁进行了加固分析,以研究 CFRP 布加固对混凝土梁抗弯能力及刚度的提高程度。分析结果表明,CFRP 布加固可应用于大型钢筋混凝土桥梁。     

陶瓷材料在滑动接触中的裂纹扩展模拟

对刚性柱面和SIC陶瓷材料平面产生滑动接触进行了有限元数值分析,以有限元软件ABAQUS作为分析平台,以扩展有限元方法(XFEM)和最大主应力判定准则对整个滑动接触过程中裂纹扩展的行为进行了模拟,得出了裂纹尖端单元的最大主应力及裂纹扩展路径和裂纹张开角,为生产实际过程中的无损探伤提供理论的测量视角。     

广义有限元法对动态裂纹扩展的数值模拟

介绍了一种分析平面动态裂纹扩展的有效方法，无需网格重新划分。利用Shepard公式、可视准则、标准有限单元的形函数，构造出在裂纹处不连续的单位分解函数。利用白定义函数基，构建在覆盖上的局部逼近空间。结合这两者，可形成非连续的广义形函数，进而引入位移的不连续性，它与标准有限元法可很好衔接。利用推广的Newmark方法求解动态非线性的裂纹扩展问题；利用基于能量平衡原理的虚拟扩展区域积分方法求解动态应力强度因子，在求解该区域积分时，引入了一个新的辅助函数，改善了数值精度与稳定性。     

岩石三维表面裂纹扩展机理数值模拟研究

岩石破坏的本质原因是由于内部裂隙的萌生、扩展与贯通过程。从三维的角度出发,采用细观损伤数值模拟方法,模拟单轴压缩下含预制三维表面裂纹的岩石试样的破坏过程。数值模拟得到了表面裂隙内部扩展、贯通过程,动态再现翼型裂纹、壳体裂纹的形态,探讨三维裂纹内部的受力机制,推测可能发生的断裂类型,进一步探讨三维裂纹扩展规律。研究结果表明：①反翼型裂纹并不一定萌生于预制裂纹端部,是由于翼型裂纹扩展后应力释放后的拉应力引起;②壳体裂纹的萌生与扩展阶段是由Ⅲ型加载断裂主导,而翼型裂纹扩展至一定长度之后停滞不前;③除了反翼型裂纹之外,还新发现了一种由壳体裂纹萌生出的次生裂纹,这种裂纹的扩展引起试样整体失稳崩溃;④岩石Ⅲ型加载（反平面剪切）难以获得Ⅲ型断裂破坏,壳体裂纹是由于Ⅲ型加载下的拉应力引起,实际上属于Ⅰ型与Ⅱ型复合裂纹;⑤非均匀性对岩石表面裂纹扩展影响很大,相对均匀岩石中难以出现曲线翼型裂纹或反翼裂纹。研究结果对于岩石三维裂隙扩展机理的物理力学实验与理论分析都具有参考意义。     

改进的扩展有限元法在裂纹模拟中的应用

在扩展有限元法的基础上,引入一类附加位移形函数——分数型间断函数来模拟裂纹影响的衰减效应,并对相关公式进行推导,编写了扩展有限元程序模拟裂纹的扩展。通过算例表明,采用改进的扩展有限元法对裂纹扩展进行数值模拟无须重新划分网格,且具有较高的精度。     

基于Ⅰ型裂纹混凝土梁断裂过程的数值模拟与计算

很多情况下混凝土结构是带裂缝工作的,而且其断裂常以Ⅰ型裂纹为主.以对称三点弯曲混凝土梁为例,基于最大拉应力强度理论与COD理论,通过非线性有限元理论模拟了其断裂过程中裂纹的萌生、扩展、贯通,直至整个结构破裂的全过程,并在此基础上利用Franc2D/L软件,通过自适应网格划分技术,对断裂过程中混凝土断裂参量K1的变化规律进行了分析与计算.计算结果表明,这种方法是可行的.     

基于扩展有限元的组合梁推出试验精细化分析

大量工程实践表明,组合梁的破坏主要源于抗剪栓钉的疲劳破坏。在疲劳荷载下,承受拉压循环应力的栓钉裂纹萌生、扩展至最终断裂,使钢梁与混凝土的组合作用失效,所以研究栓钉中裂纹萌生及扩展规律对实际工程具有重大意义。扩展有限元(eXtended Finite Element Method,XFEM)是近年来发展起来的一种求解涉及移动非连续问题的有效方法。基于ABAQUS平台利用此方法建立了组合梁推出试验的模型,进行了静力承载力以及疲劳寿命分析,模拟了栓钉中裂纹从萌生到断裂失效的过程,并根据计算结果拟合推出了试验中栓钉的应力幅-寿命曲线,与试验结果及相关规范进行了对比。结论表明扩展有限元的方法具有较强的裂纹模拟能力,计算方便,结果精确,可推广应用于此类断裂问题。     

三峡船闸花岗岩亚临界裂纹扩展试验研究

采用双扭试件和自行研制的加载装置,对三峡船闸花岗岩进行了亚临界裂纹扩展试验研究。采用ＵＣＡＭ５Ｂ自动巡回监测仪量测加载过程中试件的位移和应变。根据试验结果,得到了花岗岩亚临界裂纹扩展速度与应力强度因子之间的关系和花岗岩的断裂韧度。由于试验方案设计合理,试验结果可靠     

起重机大车平衡梁裂纹有限元分析与修复处理

为解决起重机大车平衡梁重磅圈焊缝开裂的问题,以某平衡梁为研究对象,运用有限元分析软件进行仿真建模,针对开裂部位细化处理,通过分析裂纹处应力水平的变化,找出开裂的影响因素,并给出修复方案与设计改进意见.