基于势能原理基面力元法的橡胶混凝土损伤分析

以势能原理基面力元的方法为基础,对橡胶混凝土的细观力学性能展开了分析,建立了橡胶混凝土随机圆骨料模型,模拟了橡胶混凝土单轴静态受压的破坏过程,对破坏机理进行了分析,研究了不同橡胶掺量下对橡胶混凝土抗压强度的影响。数值模拟结果表明,橡胶混凝土单轴受压过程中的应力应变变化受骨料随机分布影响较小,并且随着橡胶掺量的提高,抗压强度明显降低。与物理试验对比发现,该细观损伤模型较好地模拟出了橡胶混凝土的抗压强度和开裂过程,为今后分析橡胶混凝土的细观力学性能提供了新的思路。

基于余能原理基面力元法的轻骨料混凝土骨料均匀性分析

本文提出一种轻骨料混凝土骨料均匀度评价方法及相应的评价指标,并运用余能原理基面力元法建立轻骨料混凝土模型并进行细观损伤分析,同时探究轻骨料混凝土中骨料分散均匀性对轻骨料混凝土性能的影响。得到的结论为:基于余能原理基面力元法的轻骨料混凝土模型能够很好的进行轻骨料混凝土试件静态单轴受压以及受拉的模拟计算,同时清晰的展现了轻骨料混凝土试件加载后的损伤破坏过程。轻骨料混凝土试件轴心受压承载力受轻骨料分布均匀性影响较为明显,且均匀性指标值在1.6左右时,试件力学性能较好,当均匀性指标低于1.4时,轻骨料混凝土试件由于强度较弱的轻骨料相分散性较好试件整体的力学性能较差,而当大于1.6时随着数值增大试件中出现较多骨料聚集存在较多薄弱区域,试件的整体性能也在降低,同时轻骨料混凝土试件受压承载性能会随水灰比的增高明显降低。

基于基面力元法钢纤维轻骨料混凝土损伤分析

以势能原理的基面力元法为基础,本文建立了钢纤维轻骨料混凝土的分析模型,使用该模型对轴压作用下钢纤维轻骨料混凝土的破坏及力学性能进行了数值模拟,将计算结果与试验结果进行了对比,并对钢纤维混凝土的受压破坏进行了分析,探究了钢纤维长度对钢纤维轻骨料混凝土受压强度的影响。结果表明,采用该方法,钢纤维轻骨料混凝土的力学分析结果与宏观试验结果基本吻合,钢纤维长度过短或过长均会使混凝土受压强度下降。该模型可较为准确地反映钢纤维轻骨料混凝土的单轴受压破坏过程,为分析钢纤维轻骨料混凝土的力学性能提供了新路径。

基面力元法(BFEM)的研究及应用进展

从高玉臣院士提出的基面力概念出发,针对一种基于基面力概念的新型有限元法一基面力元法BFEM(Base Force Element Method)的研究及应用进行综述.分析结果表明:基面力元法的计算所得结果与理论解吻合较好,基于余能原理的基面力元法较传统平面4节点等参元(Q4单元)具有较高的计算性能;在高度几何非线性分析中,基于余能原理的基面力元法较平面4节点减缩积分单元(Q4R单元)也具有一些优势;基面力元法列式推导简单,是有限元方法的一种新思路,具有较好的应用前景.

基于基面力概念的一种新型余能原理有限元方法

在高玉臣(2003)提出的单元柔度矩阵表达式的基础上,基于基面力的概念,利用余能原理和Lagrange乘子法推导出以基面力为基本未知量的余能原理有限元支配方程张量表达式和节点位移表达式,编制出相应的有限元程序,通过对一些典型的弹性理论问题的计算分析,数值解与理论解相吻合。研究表明,这种方法简单而有效,是有限元方法的一种新思路,具有较好的应用前景。

基于基面力概念的余能原理任意网格有限元方法

利用基面力概念,给出一种任意形状网格都可以使用的柔度矩阵表达式的具体形式,运用拉格朗日乘子法得到以基面力为基本未知量的余能原理有限元支配方程,提出计算节点位移的表达式,编制出相应的任意网格有限元计算程序。该文对不同形状的单元网格以及畸变网格进行了计算分析,并与理论解和传统的有限元进行了对比和讨论。结果表明:该方法可以适用于任意形状的有限元网格,对网格的畸变不敏感。

基于基面力概念的新型势能原理有限元方法

针对势能原理有限元方法中单元刚度矩阵的显示表达问题,从基面力的概念出发,利用单元刚度矩阵显示表达式,建立了基于基面力概念的势能原理有限元法的数学模型,编制出MATLAB语言的有限元程充序,将该方法应用于解决一些典型的弹性理论问题,进行了各种形状单元的对比计算和分析,数值解与理论解相吻合,从而验证了该方法的可行性．

基面力的概念在势能原理有限元中的应用

为了改进传统的势能原理有限元方法,利用高玉臣(2003)的单元刚度矩阵精确表达式,给出了一种基于基面力概念的势能原理有限元计算方法和相应的积分显示有限元列式,利用MAT-LAB计算机语言编制出基面力有限元计算程序,针对几个典型的平面弹性理论问题进行数值研究.结果表明,数值解与理论解相吻合.

基面力概念在几何非线性余能有限元中的应用

以基面力为基本未知量描述一个弹性系统的应力状态并表征单元的余能,将大变形的余能分解为变形余能部分和转动余能部分,采用Lagrange乘子法放松单元的平衡方程,利用已有的弹性大变形余能原理建立了一种几何非线性显式有限元模型,编制了相应的几何非线性余能原理有限元程序.数值算例表明:该方法具有较好的收敛性和计算精度,可进行大载荷步的大位移、大转动计算.

基于基面力概念的二维凸多边形再生混凝土细观裂缝研究

基于"基面力"概念及势能原理,给出任意三角形单元刚度矩阵及应变显式表达式。根据不同取代率的再生混凝土的细观结构特征,建立再生骨料取代率为0、25%、50%、75%、100%的二维任意多边形随机骨料模型,研究再生混凝土细观裂缝开展机理及抗拉强度。结果表明:基于"基面力"概念的新型有限元算法-"基面力元法",可以用于非均质材料的细观损伤及断裂机理研究;在圆形骨料内部生成基框架并延伸建立凸型骨料,效率高、更符合天然骨料形状;随着再生骨料取代率的增加,裂纹主要围绕再生骨料分布,裂纹扩展更随机,抗拉强度逐渐降低;位移加载时,内部微裂纹首先出现在新黏结带区域,随后向骨料尖端发展并贯穿新老砂浆,最终在骨料密集区域形成横向贯穿破坏裂缝。

基面力概念在余能原理有限元中的应用

为了改进传统的余能原理有限元方法,利用基面力概念,提出了一种具有边中节点的单元,推导出一种余能原理有限元柔度矩阵精确表达式的具体形式和节点位移显示表达式,运用广义余能原理中的Lagrange乘子法得到以基面力为基本未知量的余能原理有限元法的支配方程,编制出相应的MATLAB语言有限元分析程序．研究结果表明数值解与理论解相吻合．

基于基面力元法的再生混凝土细观损伤研究

根据再生混凝土的细观结构特点,建立三维球形随机骨料模型;基于M-H细观结构模型,识别再生粗骨料单元、老砂浆单元、新砂浆单元、老黏结带单元、新黏结带单元,并赋予相应的力学参数。基于连续介质学理论及"基面力元法",推导空间八节点正六面体单元刚度矩阵及单元应变显式表达式,建立三维基面力元数值模型。运用自编的再生混凝土损伤问题的三维基面力元程序,通过位移加载,模拟再生混凝土的单轴压缩试验。结果表明:三维球形随机骨料模型能够较好反应再生混凝土的细观结构特征;荷载作用下,内部微裂纹首先出现在老黏结带及新黏结带,最终绕过骨料贯通;基于"基面力元法"的单元刚度矩阵及单元应变具有精确的表达式,计算速度快且能够有效避免数值积分带来的精度损失,可以用于研究非均质材料的断裂机理及细观损伤分析。

基于势能显式基面力元法的再生混凝土细观裂缝研究

为研究再生混凝土内部微裂纹演变过程与再生骨料取代率、骨料分布及骨料形状的关系,建立再生骨料取代率为0%,30%,50%,70%及100%的二维圆形及任意凸多边形随机骨料模型,通过势能显式基面力元法模拟位移控制模式的单轴压缩试验。结果表明:基面力元法可以用于研究再生混凝土等非均质材料的细观断裂损伤;单轴受压时内部微裂纹首先出现在粘结带位置,随后绕骨料形成离散裂纹,最终在骨料密集区域形成1~2条斜向45°连续破坏裂缝;试件内部微裂纹沿圆形骨料切向方向发展为与骨料直径呈垂直状态的斜向连续破坏裂缝,沿凸型骨料外轮廓线向骨料尖端方向发展为与骨料外轮廓线呈平行状态的斜向连续破坏裂缝;随着骨料取代率的增加,再生混凝土抗压强度逐渐递减,最终趋于稳定,凸型骨料再生混凝土抗压强度略高于圆形骨料再生混凝土。

基于基面力概念的不同再生骨料取代率混凝土细观损伤研究

基于"基面力"概念及连续介质学理论,介绍基于势能原理的三角形基面力元数值模型,推导单元刚度矩阵及单元应变显式表达式。根据再生混凝土的细观结构特点,建立再生骨料取代率分别为0、25%、50%、75%、100%的二维圆形随机骨料模型,研究不同再生骨料取代率下混凝土的抗拉强度及内部微裂纹的开展机理。数值模拟结果表明:基于"基面力"概念的新型有限元算法,可以用于研究非均质材料的细观损伤及断裂机理;位移加载时,内部微裂纹首先出现在黏结带位置,随后绕过骨料扩展为横向贯穿破坏裂缝;随着再生粗骨料取代率的增加,裂缝主要围绕再生骨料分布,试件抗拉强度逐渐递减;骨料密集区域裂缝曲折重叠,发展路径更随机,裂缝面桥现象更明显。

基于基面力的有限变形广义拟Hamilton原理

传统的有限变形变分原理采用二阶张量的描述方法,因此在模型的推导和建立上都较为复杂。基面力作为一种描述应力状态的新方法,较传统的应力张量表示方法简单。基于基面力理论框架,定义了有限变形时域边值问题的基本方程。考虑到体力与面力为伴生力,采用变积法建立了有限变形广义拟Hamilton原理。按照基本变量之间的对应关系,将基于基面力的有限变形广义拟Hamilton原理转化为以第二类P-K应力张量和Green应变张量为基本变量的有限变形广义拟Hamilton原理。进而证明本文建立的基于基面力的有限变形广义拟Hamilton原理的正确性。

余能原理基面力元法在重力坝应力分析中的应用

介绍了二维线弹性问题的余能原理基面力元法。该方法以基线力表征物体的受力状态,以其对偶量位移梯度表征物体的变形状态。通过重力坝算例与平面4节点等参元(Q4模型)和平面4节点减缩积分单元(Q4R模型)的对比分析,探讨了基面力元法应用于重力坝应力分析的可行性。数值分析结果表明,基于余能原理的基面力元法具有较高的计算精度,可以应用于重力坝应力分析问题,有较广阔的应用前景。

基于势能原理的二维基面力元法性能研究

根据高玉臣提出的"基面力"概念,介绍二维线弹性势能原理的四边形基面力元模型.结合典型算例进行数值计算,并考虑单元长宽比的影响.将基面力元解分别与理论解、常规有限元解和平面四节点等参元(Q_4模型)解进行对比分析,探讨势能原理基面力元法的正确性和计算性能.计算结果表明:基面力元解与理论解相吻合,具有较高的精度,且对单元长宽比的影响不敏感.基于势能原理的基面力元法具有较广的应用前景.

基面力单元法在空间几何非线性问题中的应用

基于基面力的概念,并结合Euler角的位移描述方法,提出了适用于几何非线性计算的空间6结点余能基面力单元.使用MATLAB语言编程并对典型梁、板结构进行弹性大变形数值模拟.由计算结果可以看出,基于余能原理的基面力元法(BFEM)在计算构件的空间大变形时有较好的计算精度,对比传统有限元计算方法具有网格尺寸影响小和抗畸变能力强的特点,有良好的计算性能.

余能原理基面力元法在桁架大变形分析中的应用

为了对桁架弹性大变形问题进行针对性研究,对平面二维问题的基面力单元模型进行了改进,把平面四边形四边中节点基面力单元退化为平面二节点桁架基面力单元,推导了桁架大变形余能原理控制方程和单元轴力、节点位移表达式,根据由控制方程得出的桁架大变形问题的非线性方程组,利用Matlab语言编制了基面力元程序,计算了桁架结构几何非线性算例。与大型通用有限元软件ANSYS的计算结果进行了对比分析,所用方法的结果与理论解一致,与ANSYS的计算结果相差较小。因此可得结论:所介绍的基面力元模型是可靠的,可以应用于对桁架结构的几何非线性问题分析,具有较广阔的前景。

余能原理基面力元法在桁架弹塑性分析中的应用

基面力元法(BFEM)是一种新型的有限单元法,是以"基面力"来描述一点的应力状态。为了编制适用于桁架弹塑性分析的MATLAB基面力元程序,以余能原理基面力元法为基础,将基面力元法的平面4节点的实体单元模型向桁架单元进行退化,列出了退化桁架单元的柔度矩阵、单元轴力和节点位移的具体表达式,并对其控制方程进行了必要的处理。根据退化的桁架单元模型,采用增量法的思想和线性强化弹塑性模型,以三杆超静定桁架和复杂静定桁架为算例进行了计算。将计算结果与大型有限元分析软件ABAQUS的T2D2计算结果进行了对比分析,发现所用方法与ABAQUS的计算结果高度吻合,进一步验证了基面力理论的正确性和程序的适用性。