混凝土徐变在ANSYS中的二次开发应用

利用大型通用有限元商业软件ANSYS提供的用户子程序对ANSYS进行二次开发,将混凝土徐变的指数函数模型及变应力作用下混凝土徐变方程的隐式解法引入ANSYS,实现了混凝土徐变问题在该软件的计算,相关算例计算成果表明该方法是可行的。     

混凝土结构徐变应力分析的隐式解法

混凝土结构徐变应力分析目前主要采用初应变法,在每一时段内假定应力为常量,为了保证计算精度,必须把时间步长取得比较小,因而要消耗较多的计算时间。本文假定在每一时段内应力为线性变化,应力的时间导数为常量,给出一套隐式解法。文中主要包括三部分内容:(一)假定在一个时段内应力的时间导数为常量,利用指数函数的特性,给出弹性应变、可复徐变及不可复徐变的应变增量的算式;(二)给出非均质混凝土结构的隐式解法;(三)给出混凝土松弛系数的隐式算法。从文中给出的结果可见,与显式解法相比,隐式解法并不复杂,在每一步的计算中,两种解法的计算量基本相同,但由于假定每一时段内应力是线性变化的,隐式解法比显式解法具有高一级的计算精度。如果保持同样的计算精度,隐式解法可采用较大的时间步长,从而可节省大量计算时间。     

基于 ANSYS 的寒冷地区大体积混凝土越冬保温研究

利用大型通用有限元商业软件 ANSYS 提供的用户子程序 USERMAT ．F 和 UldFin ．F ,对 ANSYS 进行了二次开发,建立了弹性徐变本构模型,实现了大体积混凝土温度场和徐变应力场的计算,并通过具体算例验证其正确性。最后在此基础上运用等效散热系数法针对寒冷地区的大体积混凝土的越冬保温做了相应研究,为大体积混凝土的设计和施工提供一定的参考。     

混凝土的拉压徐变不相等时的结构应力分析

本文用有限元法研究了在线性徐变条件下,混凝土的拉伸徐变和压缩徐变不相等时的结构应力把徐变变形看作是初应变,给出计算徐变变形的递推公式,从而可不必记录历史应力而得到隐式解法.文末算例说明,在一般混凝土坝中掺加粉煤灰后,由于混凝土的拉压徐变不相等,对其温度徐变应力有相当的影响.     

基于ANSYS二次开发的基岩不均匀性对混凝土基础约束应力影响分析

基础约束应力分析是确定大体积混凝土温控措施的重要依据,在以往有限元计算时都假定基岩是均匀的,而实际基岩被各种结构面切割并不均匀。利用ANSYS软件提供的APDL和UPFS二次开发功能,建立弹性徐变本构方程,实现大体积混凝土徐变应力的有限元计算,并通过具体算例验证程序正确性,在此基础上分析基岩不均匀性对大体积混凝土基础约束应力的影响。计算结果表明:与均匀基岩计算相比,考虑基岩不均匀性时,基础约束区混凝土最大拉应力会增大,需采用更为严格的温控措施来避免混凝土裂缝出现,为大体积混凝土温控提供一定的指导。     

微膨胀抗冲磨混凝土早期徐变理论与试验研究

早期徐变特性是开裂敏感性评价中很重要的因素,为建立精度更高的微膨胀抗冲磨混凝土早期徐变模型,提高早期混凝土应力计算精度、裂缝预测和控制的能力,本文基于丹麦标准TI-B102(95)的徐变试验测试方法,针对混凝土早龄期徐变测试需要,将初始加载龄期从3d提前到20h左右、将龄期3d前的加卸载周期加密至1 d左右和每10 min自动采集变形数据3个方面,对丹麦技术研究所提出的早期徐变测试方法做进一步改进;通过间歇式加卸荷载的特殊加载方式,在大量试验数据的拟合和优化基础上,得到早期徐变模型的黏性和弹性系数,获得了拟合相关性系数大幅度提高(达到0.96)的早期黏弹性模型。该方法的引用和改进,可以弥补目前国内在早期徐变测试领域的空白。     

面墙式碾压混凝土重力坝温度徐变应力三维有限元计算

混凝土面墙技术具有能够适应碾压混凝土重力坝快速施工、缩短工期、降低模板造价等优点,本文主要根据弹性徐变理论及有限元理论,以某枢纽工程非溢流段为研究对象,采用ANSYS软件在温度场计算的基础上,进行了施工期和运行期的温度徐变应力三维有限元计算,对使用混凝土面墙及未使用混凝土面墙两方案进行了对比分析.得到的主要结论为:两方案的温度徐变应力计算结果符合一般规律,比较合理;有面墙方案靠近坝体表面产生了较大的拉应力,可能产生表面裂缝,应采取一定的措施.避免混凝土面墙出现裂缝.研究结果对实际工程具有一定的应用价值.     

马马崖一级水电站碾压混凝土重力坝温控仿真分析

基于ANSYS软件及二次开发,采用三维有限元浮动网格法对溢流坝段施工期和运行期的温度场、温度徐变应力场进行了温控仿真计算和分析.计算中考虑了混凝土热力学参数随龄期变化、外界气温和水温、坝体分层浇筑过程及自重、水压力对温度应力的影响以及采取的控制浇筑温度和通水冷却等温控措施.计算成果给出了温度场、应力场的分布及其随时间变化的规律,为制定该碾压混凝土重力坝的温控防裂标准和主要温控措施提供了理论依据.     

高性能混凝土拉伸徐变模型研究

高强混凝土早龄期因受约束、自收缩、温度变形等而呈现较强的非线性徐变特性,需对其模型进行深入的研究。文章分析了国际常用的CEB-FIP1990模型、ACI 209模型和BP-2模型对早龄期徐变的适用性,结果可知,CEB-FIP1990模型和ACI 209模型不适用于拉伸徐变,BP-2模型可用于3-7d的早期拉伸徐变。结合混凝土老化理论和弹性徐变理论建立适用于拉伸徐变的指数形式徐变预测模型,用于结构受拉状态的徐变分析,经大量试验数据对比可知,该模型可将误差控制在合理范围之内,可用于结构计算。     

求解徐变应力问题的初应力法

混凝土是具有徐变特性的材料,在混凝土结构中,由于这种特性而引起的应力松弛和应变徐变,使实际发生的应力往往只达弹性应力的0.6倍左右。由于徐变效应引起的应力折减值很大,因而对精确地分析控制断面的应力、充分利用材料的强度、减少工程量和降低工程造价等方面都是有利的。目前在混凝土结构(例如大体积水工结构)中进行徐变的计算分析问题已经引起了工程界的重视。     

弹塑性损伤蠕变模型的有限元数值实施

利用有限元软件ＡＢＡＱＵＳ为平台,采用隐式应力积分回映算法编制了ＵＭＡＴ子程序。对不同围压下的三轴压缩试验和蠕变试验进行有限元数值模拟,并与试验结果进行对比分析,结果表明所编写的本构模型数值模拟结果与试验结果非常接近,可以有效反映软岩的力学特性,丰富了ＡＢＡＱＵＳ的材料库。采用该模型对地下开挖进行数值计算,得到了岩体表面的位移关系和洞口顶部的下沉随时间的变化规律,结果表明该子程序是正确和可信的,可以为地下工程分析提供合理的建议。     

高压水工隧洞透水衬砌渗流-应力-损伤耦合分析方法研究

在高压隧洞发电运行过程中,衬砌钢筋应力普遍小于设计预期,并未达到既安全又经济的效果。本文基于混凝土塑性损伤模型与透水衬砌理论,提出了透水衬砌渗流-应力-损伤耦合算法。基于大型通用有限元软件平台ABAQUS进行二次开发,通过Fortran语言调用实用程序GETVRM获取材料损伤,并利用子程序USDFLD实现了材料渗透系数随损伤的动态更新,完成了隧洞初次充水加压工况中衬砌损伤开裂的耦合分析过程,研究了衬砌损伤开裂、渗透孔压以及钢筋应力的演化特征,并探讨了衬砌与围岩有条件联合承载特性对耦合结果的影响。可以发现:计算所得的衬砌损伤开裂特征与衬砌压水试验结果吻合,完全联合承载与有条件联合承载两种情况下,衬砌钢筋应力表现出明显的差异,说明衬砌设计中未考虑衬砌与围岩相互脱离,即有条件联合承载,是隧洞发电运行时衬砌钢筋应力普遍小于设计预期的原因。本文提出的耦合算法所得到的结果与工程普遍规律相符,具有一定推广性,可以为衬砌设计问题提供一定参考。     

基于等效时间的早期混凝土温度裂缝分析

基于等效时间的混凝土绝热温升、热传导方程，考虑温度对早期混凝土水化热化学反应速率和徐变特性的影响，计算了大体积混凝土墙中心的温升。采用裂缝带模型计算温度裂缝，用半解析迭代法进行了混凝土墙的温度应力和开裂计算。     

混凝土早期弹模反应动力学模型及其应用

本文阐述了混凝土早期硬化的简单规律,并据此提出了混凝土早期弹模发展的反应动力学模型.将这一模型应用于南水北调工程某引水方涵洞结构,工程实例证明,本文模型能很好地模拟夏天温度高混凝土早期弹模发展快、冬天温度低早期弹模发展慢这一事实,很好地解释了方涵洞中部裂缝发展成因,证明了本文模型的可靠性与适用性.     

高强混凝土双轴徐变数值模拟及试验验证

以均质连续介质为假设建立高强混凝土多孔介质徐变数值模型，分析不同双轴应力组合对徐变效应的影响，以获得高强混凝土在双轴应力状态下的徐变发展规律，同时开展高强混凝土双轴徐变试验论证.计算结果和试验结果均表明徐变系数和应力状态密切相关，双轴应力状态下混凝土徐变系数小于单轴应力状态，且竖向应力对徐变系数影响较大；在试验和计算条件下，180 d双轴应力状态的徐变系数分别为相应单轴状态的73%和90%左右.     

高性能混凝土的徐变影响因素及模型优化

现有的高性能徐变预测模型,各徐变影响因素多是根据试验数据统计回归得到,具有一定的局限性,且在实际施工中通用性较差。为了解决这一问题,根据现有的徐变模型,提出了标准状况下徐变预测公式,并结合高性能混凝土的特点,通过将徐变影响因素参数化,仅改变某一因素而将其他因素控制在标准状态的方法,建立了适用范围较广且预测精度较好的徐变模型。同时,为了使参数更精确,在徐变系数分析时,采用了自动寻参的遗传算法。结果表明,预测值与试验值吻合较好,且适用于普通混凝土和高性能混凝土,计算较为简便,可为设计和工程应用提供参考。     

大坝混凝土分数阶徐变模型探讨

混凝土是一种介于理想固体与流体之间,与加载龄期和持荷时间有关的徐变材料。针对分数阶微积分可描述处于理想固体与流体之间不同状态的流变行为,建议将分数阶模型应用于混凝土徐变模型分析。首先基于带软体元件的广义开尔文模型,建立了5参数分数阶徐变模型;接着结合复合形优化算法反演出混凝土分数阶徐变模型的5个参数。工程算例分析表明,分数阶徐变模型计算值与试验值吻合效果良好,且与8参数模型拟合效果相当,将分数阶流变模型应用在混凝土徐变中为混凝土徐变分析提供了一种新思路。     

基于ABAQUS的弹脆塑性本构模型二次开发及其应用

在复杂应力状态下,大理岩、花岗岩等脆性岩石呈弹脆塑性破坏形式。利用ABAQUS提供的用户材料子程序UMAT的二次开发平台,编制完成了基于D—P准则的弹脆塑性模型的UMAT接口程序。论文简要介绍了ABAQUS有限元软件及其UMAT用户材料子程序,重点对基于D—P屈服准则的弹脆塑性本构模型的应力跌落公式进行了推导,并讨论了有关的应力更新算法。最后应用该程序对某引水隧洞工程进行了数值分析,并与理想弹塑性情况下的计算结果进行对比研究。结果表明：与理想弹塑性模型相比,弹脆塑性模型得到的洞周围岩变形和塑性区范围较大,与实际情况更为接近。     

卵石土蠕变本构模型及其工程应用

卵石土是岩土工程建设中的常用材料,由于针对其流变力学特性的研究较少,导致无法评价该种材料的长期稳定性。采用试验研究、理论分析和数值模拟相结合的研究方法,针对卵石土开展了室内三轴蠕变试验,对卵石土蠕变的有关力学问题进行了探讨,分析了卵石土蠕变与时间、应力状态的关系,并提出了11参数卵石土蠕变的数学表达式及相应的参数指标。将该本构模型嵌入到ABAQUS软件中,计算了某大桥锚碇下覆地基的长期沉降变形。结果表明,提出的本构模型可以很好地描述卵石土的流变特性。与锚碇沉降变形监测结果相比,蠕变加速变形阶段的沉降计算结果偏大,蠕变稳定阶段的沉降计算结果偏小。研究结果可为卵石土的长期变形计算提供相关参考。