钢材腐蚀损伤过程的元胞自动机模拟

采用元胞自动机方法对腐蚀环境下钢材的腐蚀行为进行了模拟,依据钢材在腐蚀环境下的实验研究结果和元胞自动机原理,定义了元胞自动机模型的局部演化规则,分别对钢材在腐蚀环境下蚀坑表面和深度腐蚀形貌发展过程进行了模拟。通过对比元胞自动机模型在不同溶液初始浓度c和溶解概率p条件下的模拟结果,确定了能够真实反映蚀坑形貌的模拟条件,并且讨论了不同的c和p对模拟形貌的影响。结果表明,随着p和c的增长,蚀坑等效半径和深度随腐蚀时间t呈现近似幂函数增长。同时,将蚀坑深度模拟结果与依据Komp提出的理论公式计算结果进行对比,符合程度非常高,验证了CA模型的可行性和正确性。     

基于广义Kelvin链钢管混凝土徐变研究

混凝土徐变是混凝土材料本身固有的一个时变特性,是结构响应中一个重要组成部分,其计算方法通常是建立在单轴试验和理论基础上。为探讨钢管混凝土徐变特性,该文采用自制的压力自平衡混凝土徐变试验装置对混凝土圆柱和圆钢管混凝土柱进行了徐变试验,结果表明:钢管混凝土柱徐变变形要比普通混凝土柱的徐变变形小,在该文试验中两者相差接近50%,这可能是密闭钢管内核心混凝土无法与外界发生水分交换而不发生干燥收缩和干燥徐变以及钢管围压所致。根据粘弹性理论,引入多参数Kelvin链粘弹性元件模型,建立了求解单轴应力状态下混凝土徐变的Volterra型积分方程,模型参数近似表示为连续粘滞谱。通过离散时间变量t和分步积分,进一步得到了单轴应力状态下混凝土徐变应力-应变增量本构模型。依据徐变叠加原理,考虑Poisson效应,进一步将单轴应力状态下混凝土徐变应力-应变增量本构模型拓展到三轴应力状态,用于钢管混凝土徐变分析。对有限元商用软件Ansys进行二次开发,将反映三轴应力状态下混凝土徐变性能的本构方程引入Ansys提供的用户子程序Usermat中,并采用Fortran语言编程,从而实现了钢管混凝土徐变长期性能的有限元分析计算。将有限元数值解与试验结果进行对比分析,发现该文提出的模型是科学的和有效的。该文提出的方法将为混凝土徐变计算提供了另一条有效途径。     

钢筋混凝土结构的温度场

火灾会导致钢筋混凝土性能退化,该文基于元胞自动机(Cellular Automata,CA)与纤维模型提出了一种用于火灾下钢筋混凝土梁非线性分析的方法。建立CA模型模拟了火灾中梁截面温度扩散演化过程,得到不同升温时间下截面各处的温度;引入损伤模型得到钢筋损伤因子-升温时间变化关系;将元胞自动机模型与纤维模型结合,对火灾下钢筋混凝土连续梁进行时变非线性分析。结果表明：CA模型能够有效模拟钢筋混凝土梁截面的温度扩散过程;引入的损伤模型可有效将钢筋损伤进行量化;编制的MATLAB计算程序可有效用于高温损伤后钢筋混凝土梁的非线性分析;CA模型与纤维模型的有效结合可分析钢筋混凝土梁的变形与承载力时变演化过程,并对其耐火寿命进行评估。该方法可为火灾下钢筋混凝土结构的耐火寿命预测与评估提供理论工具。