钢筋混凝土梁受弯破坏过程的细观数值模拟研究

在细观层次上将混凝土视为由粗骨料、硬化水泥砂浆及界面粘结带组成的三相非均质复合材料,能够较好地模拟混凝土加载时的裂缝扩展过程和分布规律。本文采用细观刚体弹簧元法模拟了钢筋混凝土梁的弯曲受力性能和破坏过程,加载方式采用两点对称加载。数值计算得到了钢筋混凝土梁的破坏形态和荷载一变形曲线,并分析了受力过程中纵向钢筋的应力变化。与试验结果对比表明,细观刚体弹簧元法可以有效模拟钢筋混凝土梁的裂缝开展过程、破坏形态和荷载一变形响应。     

钢筋混凝土板壳材料非线性分析的有限条法

本文发展了变厚度任意配筋的钢筋混凝土板壳问题中考虑材料非线性分析的有有限条法。文中建立了沿厚度方向作分层离散的维蜕化二次厚壳条，而在计算上，沿壳条跨度方向采用Ｓｉｍｐｓｏｎ积分技术可以方向地处理该方向的任意配筋并给出了满足精度要求的选取Ｓｉｍｐｓｏｎ积分点数的表达式。文中提出的“拟刚度矩阵”法大大简化了非线性有限条法的求解过程，给出两个数值算例表明了理论方法的有效性及其精度。     

混凝土拉伸断裂的细观数值分析

根据混凝土试件拉伸和三点弯曲的物理模型,用梁-颗粒模型BPM 2D(B eam-Particle M ode l)模拟了混凝土拉伸和三点弯曲试件微裂纹的萌生、扩展直至试件宏观破坏的全过程。在梁-颗粒模型中用三种类型梁单元形成混凝土细观数值模型,每种类型梁单元的力学性质均按韦伯(W e ibu ll)分布随机赋值以模拟混凝土细观结构的非均匀性。数值模拟结果给出了混凝土拉伸应力-应变曲线和三点弯曲载荷-位移曲线,以及混凝土试件破坏过程最大应力分布图和裂纹扩展图。数值模拟结果显示混凝土破坏过程实际上就是微裂纹萌生、扩展、贯通,直到宏观裂纹产生导致混凝土失稳断裂的过程。通过对数值模拟结果的分析,揭示出混凝土在拉伸条件下裂纹尖端的拉应力集中是裂纹扩展的动力,混凝土组成材料力学性质的非均匀性是造成裂纹扩展路径曲折的重要原因。     

混凝土保护层锈胀开裂过程分析的细观刚体弹簧元模型

建立了描述保护层锈胀开裂过程的细观刚体弹簧元模型(RBSM),获得了锈胀裂缝的扩展过程和保护层的力学响应。数值结果表明,锈胀裂缝开展过程与试验现象较为一致;混凝土采用弹性本构关系时,平均锈胀压力-径向位移曲线的斜率(模型刚度)与厚壁圆筒模型理论值接近;采用软化本构关系时,平均锈胀压力峰值与理论值接近,从而验证了本文模型的正确性。此外,探讨了保护层厚度和钢筋直径对锈胀过程力学响应的影响规律。结果表明,保护层厚度减小将导致峰值锈胀压力和径向位移降低;钢筋直径增大同样会导致峰值锈胀压力降低,对应的径向位移整体上呈现随钢筋直径增大而减小的趋势。     

结构动力分析中的动态有限条法

将动态有限元的概念应用于有限条，提出了适合结构动力分析的动态有限条件，并用算例验证其理论及方法的正确性。作者认为，与动态有限元相比该文方法更适合微机分析高层结构的动力特性。     

云纹干涉法在新材料细观力学实验研究中的应用

本文介绍了云纹干涉法用于新材料细观力学实验研究的几个典型例子，实验结果不仅为这些新材料的细观本构理论研究提供了重要的实验依据，同时也表明云纹干涉法是固体材料细观力学实验研究的有效手段之一。最后简要地分析了云纹干涉法在细观力学实验研究中的测量能力。     

基于有限断裂法和比例边界有限元法的裂纹扩展模拟

基于有限断裂法和比例边界有限元法提出了一种裂缝开裂过程模拟的数值模型。采用基于有限断裂法的混合断裂准则作为起裂及扩展的判断标准,当最大环向应力和能量释放率同时达到其临界值时,裂缝扩展。结合多边形比例边界有限元法,可以半解析地求解裂尖区域附近的应力场和位移场,在裂尖附近无需富集即可获得高精度的解。计算能量释放率时,只需将裂尖多边形内的裂尖位置局部调整,无需改变整体网格的分布,网格重剖分的工作量降至最少。裂缝扩展步长通过混合断裂准则确定,避免了人为假设的随意性,并可以实现裂缝变步长扩展的模拟,更符合实际情况。通过对四点剪切梁的复合型裂缝扩展过程的模拟,对本文模型进行了验证,并应用于重力坝模型的裂缝扩展模拟,计算结果表明,本文提出的模型简单易行且精度较高。     

有限谱ENO格式在爆轰波数值模拟中的应用

使用有限谱ENO(EssentiallyNon Oscillatory)格式 ,采用V .P .Korobeinikov二步化学反应模型 ,对稀释的化学当量的氢气和氧气混合物中非定常自维持爆轰波进行了二维数值模拟 ,研究了波的产生和演化机理 ,分析了爆轰波的三波结构和传播过程。计算得到的爆轰波参数和结构与以前的计算和实验结果一致。研究表明 :有限谱ENO格式可以成功地模拟非定常自维持爆轰波。     

有限单元法在超声导波检测技术中的应用

超声导波检测技术具有对波导结构中的缺陷进行远距离无损检测的能力,多年来一直是无损检测领域关注的热点之一.有限单元法具有对各种复杂动力学问题进行计算的能力,已成为超声导波检测技术研究的重要工具.本文结合超声导波检测技术研究领域中的热点问题,对相关的有限单元法进行了简要综述.介绍了有限单元法的发展及其在多物理场耦合机制下导波的激励与接收、线弹性和黏弹性结构中导波的传播特性、非线性超声导波等多个方面的应用研究情况. 最后,基于超声导波检测技术研究趋势展望了相关有限单元法的未来研究重点和发展方向.      

A smeared / layered reinforced concrete model for finite element analysis

A new reinforced concrete model, in which the reinforcement steel is assumed as smeared / layered in concrete, is established and installed into a currently used finite element code for nonlinear analysis. It performs the nonlinear behaviors of both concrete and the reinforcement steel. The results of examples are in good agreement with the experimental data.     

爆炸荷载下基于细观建模的素/钢筋混凝土板破坏模式

为了获得爆炸荷载下细观结构对素/钢筋混凝土板的影响,采用随机骨料投放建立了素/钢筋混凝土板细观模型。利用LS-DYNA对基于细观建模的钢筋混凝土板进行爆炸荷载作用下的数值模拟,通过与实验以及均质建模方法进行比较,验证了细观建模方法的准确性。进而研究了基于细观建模的素/钢筋混凝土板在不同爆炸荷载下的结构响应,获得了素/钢筋混凝土板的响应过程和破坏模式。结果表明：在低药量（1、2 kg）爆炸荷载下,细观结构对素/钢筋混凝土板的影响较小,其破坏模式以纵横塑性铰线破坏为主,药量越大,铰线越多;在高药量（5、10和15 kg）爆炸荷载下,细观结构对素/钢筋混凝土板的影响较大,与均质模型相比存在较大差异,细观素/钢筋混凝土板以爆坑为中心,产生环向与径向裂纹,药量越大,圆坑越大,裂纹越多,板局部破坏越严重。

     

面向对象的钢筋混凝土有限元非线性分析程序设计

采用面向对象的程序设计方法，结合钢筋混凝土有限元非线性分析模型，利用MFC(Microsoft Foundation Class Library)建立了有关描述钢筋混凝土有限元非线性分析的类，包括混凝土单元类、钢筋单元类、粘结单元类、非线性计算类，并给出了这些类的描述和它的实现方法，并为钢筋混凝土有限元非线性分析程序采用更合理的面向对象的方法提供了思路。     

Residual stiffness assessment of structurally failed reinforced concrete structure by dynamic testing and finite element model updating

When an under-reinforced concrete beam structure has been loaded to the point where reinforcing steel on the tension side has yielded, it is deemed to have structurally failed and the full load capacity and stiffness can no longer be developed. When unloaded from the point of failure, the residual stiffness of the structure is difficult to estimate. There is a need to establish the serviceability of the structure and ultimately establish the levels of further loading that can be sustained before total collapse. In this paper we present a method for assessing residual stiffness of such a “failed” reinforced concrete structure, through the application of dynamic testing and finite element (FE) model updating. In an experimental study, failed zones in a beam structure were simulated in a FE model. Through a procedure of sensitivity-based updating using the measured modal properties, the stiffness distribution along the failed beam structure was identified.     

钢筋混凝土空间杆件精细非线性分析模型

针对现有钢筋混凝土空间杆件非线性分祈模型进行了评还,应用结构力学方法推导得到了沿秆长配筋分布均匀的钢筋混凝土空间杆件的非线性单元刚度矩阵,建立了应用高斯积分点所在截面的非线性性质描述钢筋混凝土空间杆件非线性的计算过程。对于沿杆长配筋分布不均匀的杆件,根据其实际情况,将其细分为两段或三段沿杆长配筋分布均匀的杆段,以沿杆长配筋分布均匀的钢筋混凝土空间杆件非线性分析模型为基础,建立了沿杆长配筋分布不均匀的空间杆件的非线性分析模型。最后,给出了两个算例。就本文方法及程序的计算结果与模型结构振动台试验结果、常规非线性杆件模型的计算结果进行了比较。     

混凝土细观随机骨料结构与有限元网格剖分

在细观层次上,混凝土被认为是一种由粗骨料、水泥砂浆及二者间的粘结带所组成三相非均质复合材料。本文首先基于蒙特卡罗随机抽样原理,用“取和放”方法在计算机上产生形状、尺寸和骨料颗粒分布与真实混凝土相似的随机骨料结构,再使用有限元分析软件ANSYS对骨料区域及砂浆区域分别划分网格,并编程在骨料和砂浆之间生成三角形三结点可控制厚度粘结单元,从而使三相网格缝合为一个整体,为混凝土非线性有限元分析提供可靠的细观计算模型。最后利用建立的模型进行混凝土轴心受拉和轴心受压的仿真模拟,在细观层次研究的基础上揭示出混凝土的宏观力学性能。     

PVC-CFRP管钢筋混凝土柱抗震性能非线性有限元分析

在试验研究基础上,借助有限元分析软件,选取合理材料本构关系,建立PVC-CFRP管钢筋混凝土柱有限元分析模型,验证分析模型的正确性。对试验进行延拓分析,探讨混凝土强度等级、纵筋配筋率、CFRP条带层数及剪跨比等对试件骨架曲线、刚度退化影响规律,分析低周往复荷载作用下PVC-CFRP管钢筋混凝土柱的受力性能,揭示低周往复荷载作用下PVC-CFRP管钢筋混凝土柱的受力工作机理。     

钢筋混凝土结构的三维有限元非线性分析

提出了一个简单的混凝土三维本构模型,结合两种钢筋分布模式编制了钢筋混凝土结构非线性分析的三维有限元程序,通过两个经典的算例对比分析,表明本文提出的混凝土本构模型能够有效地模拟结构的破坏荷载和破坏过程。     

应用三维有限元法探讨RC梁柱节点的破坏机理

为了探究节点加强后RC梁柱节点的抗剪承载力、延性提高以及节点破坏模式由剪切破坏转变为梁弯曲破坏的实质,本文在RC节点的三维有限元分析的基础上探讨RC梁柱节点加强后的破坏机理。通过详细考察加固前后节点内部不同位置混凝土的应力-应变发展规律,探讨加强前后节点混凝土的宏观损伤发展过程;同时,通过考察核心混凝土的应力-应变关系及发展过程定量探讨加强钢板、梁柱主筋及箍筋对核心混凝土的约束作用。基于上述混凝土损伤过程的宏观分析,可以得出由于梁主筋的粘结加强、加强钢板以及箍筋对混凝土约束作用,使节点核心混凝土的实际强度增大、损伤延迟,RC节点由加强前的节点剪切破坏模式转变成梁端的弯曲破坏模式,从而提高RC梁柱节点的抗剪承载力和延性。     

纤维增强复合材料风机叶片宏细观一体化有限元分析An unified FEM for macroscopic and mesoscopic analysis of fiber reinforced composite fan blades

为了建立纤维增强复合材料风机叶片宏观性能和细观组分的直接关联,得到一般有限元分析时无法获得的细观参量值,利用FORTRAN程序把细观力学的失效／损伤分析模块,嵌入到有限元软件ABAQUS中的USD‐FLD 用户子程序中,建立了风机叶片宏细观一体化模型。该模型能够实现基于细观组分级损伤／失效判据的宏细观渐进损伤分析和强度预报功能。该模型计算结果与文献中的试验结果有较好的一致性。