混凝土Ⅰ型裂缝扩展准则及裂缝扩展全过程的数值模拟

本文将起裂断裂韧度作为材料参数,提出了混凝土Ⅰ型裂缝扩展准则,即当外荷载引起的裂缝尖端应力强度因子与黏聚力引起的裂缝尖端应力强度因子的差值达到起裂断裂韧度时,裂缝开始扩展。在此基础,上采用有限元法对混凝土Ⅰ型裂缝的断裂过程进行了数值模拟,分别计算了不同尺寸混凝土试件的荷载-裂缝口张开位移全曲线、临界裂缝亚临界扩展量、失稳断裂韧度并与应用DIANA软件的数值分析结果及试验结果进行了比较,吻合良好。研究还表明,只要给出混凝土的弹性模量、抗拉强度和起裂断裂韧度,即可用本文提出的方法计算混凝土失稳断裂韧度及裂缝扩展全过程。

混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝扩展准则及扩展全过程的数值模拟

本文基于从试验中得出的混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝起裂时的临界KⅠ-KⅡ曲线,提出了Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝的扩展准则,即由外荷载在裂缝尖端产生的应力强度因子与虚拟裂缝黏聚力产生的应力强度因子的差大于或等于起裂时的临界KⅠ-KⅡ曲线时裂缝扩展,在此基础上采用有限元法对混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝的起裂、稳定扩展及失稳扩展全过程进行了数值模拟,并计算了试件高度分别为2003、00、400、5006、00mm混凝土四点剪切梁的裂缝扩展路径、荷载-剪切位移曲线,数值模拟结果与试验结果吻合良好。研究表明,只要从试验中测得混凝土材料的Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝起裂时的临界KⅠ-KⅡ曲线、抗拉强度及弹性模量,即可计算混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝扩展全过程。

基于裂缝扩展准则的混凝土重力坝裂缝扩展全过程数值分析

将裂缝扩展准则应用于混凝土重力坝裂缝扩展全过程分析,结合虚拟裂缝模型计算了经典混凝土重力坝模型的断裂特性,并与其他数值方法进行了对比。结果表明:利用该数值方法得到的混凝土重力坝模型的外荷载-裂缝口张开位移曲线及裂缝扩展路径与试验结果均吻合良好;当给定了混凝土材料的起裂断裂韧度、断裂能、抗拉强度等参数后,即可采用该数值方法对混凝土重力坝裂缝扩展全过程进行分析。

基于断裂力学的钢桥面鼓泡扩展准则及影响因素研究

文章基于一阶剪切变形板理论和断裂力学理论,将钢桥面环氧沥青混凝土铺装层鼓泡形成扩展的脱粘过程简化为界面裂纹的扩展过程,得到了鼓泡裂纹尖端的位移场,推导出鼓泡裂纹尖端能量释放率的解析解,并与采用虚拟裂纹闭合法计算结果进行了对比,建立了鼓泡扩展的判断准则,讨论了载荷、鼓泡半径、铺装层厚度和弹性模量等因素对鼓泡裂纹扩展的影响。研究结果表明:鼓泡的径厚比较小时,剪切变形对鼓泡尖端能量释放率的影响不容忽视;鼓泡裂纹尖端的能量释放率随载荷和鼓泡半径的增加而变大,随铺装层厚度和弹性模量的增加而减小;适当增加铺装层厚度可以对鼓泡扩展起到抑制作用。研究结果对有效开展鼓泡模型试验和研究鼓泡病害的防治措施具有理论与应用价值。

裂纹顶端的扩展准则

在应用断裂力学和塑性力学对裂纹顶端的分析基础上,提出了裂纹顶端塑性区内方向应变能的概念,并建立了基于此概念上的裂纹扩展准则,引入裂纹顶端临界扩展本征区概念,消除了应变能积分中的奇异性。与其它裂纹扩展准则的比较结果表明:在此基础上建立的裂纹扩展准则是合理可行的。

裂纹顶端塑性区内方向应变能的裂纹扩展准则

在应用断裂力学和塑性力学对裂纹顶端的分析基础上,提出了裂纹顶端塑性区内方向应变能的概念,并建立了基于此概念上的裂纹扩展准则,引入裂纹顶端临界扩展本征区概念,消除了应变能积分中的奇异性.与其它裂纹扩展准则的比较结果表明,在此基础上建立的裂纹扩展准则是合理可行的.

扩展准则对混凝土裂缝黏聚区特性的影响

以无限大平板中心拉伸裂缝模型为例,分别基于强度准则和韧度准则,利用级数展开法获得了断裂过程区特性。结果表明,不同裂缝扩展准则对黏聚区长度、裂缝张开位移及黏聚力分布均具有一定的影响。相比强度准则,采用韧度准则的临界黏聚区长度有所减小。临界黏聚区长度及裂缝张开位移均随韧度增大而逐渐减小,黏聚力随韧度增大而逐渐增大。

不同扩展准则下混凝土断裂全过程分析

分别采用基于双K断裂模型和虚拟裂缝模型的裂缝扩展准则,计算了混凝土三点弯曲梁试件的荷载-裂缝口张开位移曲线(P-CMOD曲线),并与试验结果进行了对比,结果表明:基于两种模型的裂缝扩展准则的计算结果与试验结果差别不大,但采用基于双K断裂模型的裂缝扩展准则计算的结果与试验结果更为接近。

裂尖塑性区方向应变能裂纹扩展准则及数值模拟

在应用断裂力学和塑性力学对裂纹顶端的分析基础上,提出了裂纹顶端塑性区内方向应变能的概念,并建立了基于此概念上的裂纹扩展准则,模拟了复合型裂纹的扩展行为。在计算过程中,通过修改裂纹顶端与所在单元的节点间的连接关系,实现裂纹扩展的动态跟踪。该方法具有修改范围小,编程方便,可操作性强等特点。文中以单边尖锐缺口试样为算例进行了数值模拟,计算结果表明本文的方法是合理有效的。

一种扩展的Drucker-Prager准则及数值应用

已有Mohr-Coulomb(M-C)准则的匹配圆Drucker-Prager(D-P)准则只能在有限的应力点与M-C准则等效,且不具备应力角效应,在工程数值分析中受到限制.因此,对D-P准则设置了角隅函数来反映应力角效应,采用与M-C准则在π平面上面积等效的方法构建了等面积扩展D-P准则,进一步对等面积扩展D-P准则在中主应力影响下的强度特性进行了分析,最后通过三个算例比较了不同等效D-P强度准则在岩土工程分析中的适用性.结果表明:等面积扩展D-P准则相比其它D-P准则和M-C准则的强度离差更小,整体上在和M-C准则的等效性上表现更佳;数值模拟算例表明等面积扩展D-P准则能够适应各种应力状态,在数值模拟结果上和M-C准则具有更好的等效性,且在计算收敛性上还具有较好的表现,可作为M-C准则的替代.

混凝土Ⅰ型裂缝扩展准则比较研究

针对混凝土I型裂缝扩展问题,分别采用以起裂韧度为参数的裂缝扩展准则、最大拉应力准则以及裂尖处应力强度因子为零的裂缝扩展准则,数值模拟了强度等级C20、C40、C60、C80和C100的混凝土三点弯曲梁裂缝扩展全过程,获取了试件的荷载-裂缝口张开位移(P-CMOD)曲线并与试验结果进行了比较。结果表明,三种准则中以起裂韧度为参数的裂缝扩展准则计算得到的峰值荷载及P-CMOD全曲线与试验结果差别最小。随着混凝土强度等级的提高,最大拉应力准则以及裂尖处应力强度因子为零的裂缝扩展准则计算出的P-CMOD曲线与试验结果相比均有较为明显的偏离,但以起裂韧度为参数的裂缝扩展准则计算结果与试验曲线更为吻合。试验与计算结果表明,以起裂韧度为参数的裂缝扩展准则更适用于不同强度混凝土材料的断裂分析。

基于裂缝扩展准则的K_R阻力曲线研究

根据混凝土I型裂缝扩展准则,将起裂断裂韧度作为材料参数,提出了一种新的计算混凝土结构裂缝扩展过程KR阻力曲线模型。该模型认为,裂缝扩展阻力由混凝土材料固有的抗裂能力和粘聚力提供的阻力组成并等于裂缝扩展的驱动力;应用该模型并借助有限元法计算了混凝土三点弯曲梁、楔入劈拉试件的裂缝扩展量、断裂过程区(FPZ)长度,在此基础上计算了混凝土试件的KR阻力曲线、研究了其尺寸效应,并与采用其他方法所计算的KR阻力曲线结果进行了比较。根据该文的研究结果,只要给出混凝土的弹性模量、抗拉强度和起裂断裂韧度,即可根据有限元法计算混凝土裂缝扩展过程的KR阻力曲线而无需测定混凝土试件的荷载-裂缝口张开位移等曲线。

裂尖塑性区内方向应变能裂纹扩展归一化准则

裂纹的起始扩展总是沿着裂纹的半径方向,在塑性区内半径方向的应变能能反映出材料的抵抗断裂的能力。对同一材料,不管它处于哪一种裂纹形式,它的断裂韧性参数是一个常量。本文引入了裂纹顶端临界扩展本征区。认为裂纹顶端存在一个决定裂纹扩展本征区,裂纹扩展是因为本征区的应力应变状态或损伤状态达到材料的断裂韧性才发生的。依此针对Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹求出了不同裂纹倾斜角下,裂纹起裂角及归一化裂纹扩展应力σCπa/KIC,并与其它准则作了比较。仿真显示不同裂纹扩展准则下的归一化裂纹扩展应力随裂纹倾斜角β增加而显著减少。

基于扩展等面积准则的电力系统动态安全域

基于扩展等面积准则(EEAC)的量化能力,该文提出一种新的构建电力系统参数空间中动态安全域(DSR)的方法。该方法从初始运行点出发,通过迭代确定系统失稳模式随参数变化的情况。对每一种潜在的失稳模式,搜索其动态安全域边界上的一个点,根据临界点处的法向来求解用于模拟动态安全域边界的超平面。考虑到临界点处法向对系统的某些参数比较敏感,该文还导出临界点处与法向平行的参数灵敏度向量,用以代替临界点处的法向。对于当前运行点,通过寻找该点的参数改变方向与各临界点处的参数改变方向的夹角的最小值来确定匹配的模式,从而根据该模式的超平面系数来判断运行点的稳定性。最后在8机32节点的系统上对所提出的方法进行验证。

基于扩展等面积准则和二分法的安控策略在线定值计算

安控策略的在线定值计算是系统临界控制定值计算的基础。提出一种基于扩展等面积准则(EEAC)和二分法搜索技术的安控策略在线计算方法,其核心是利用EEAC量化分析理论将控制空间中的候选控制措施按性能代价比排序,然后利用二分法搜索快速确定相应工况下的最优安控策略并得到相应的在线定值。该方法已在多个电网在线系统中得到实际应用。实践表明,该方法可极大缩短安控策略定值计算耗时,从而提高系统运行效率。

基于扩展等面积准则理论的大容量机组投运对电网暂态稳定性的影响研究

针对电网网架薄弱地区大容量机组的投运可能会造成系统暂态稳定水平降低,导致电网接带负荷能力下降的问题,结合某电网的实际情况,运用等面积准则和扩展等面积准则对该电网HY电厂新增机组后出现的暂态稳定问题进行计算分析,指出在电网规划和设计中应该充分考虑送端电源系统结构、机组出力大小以及该地区短路容量等因素,以避免因送端系统“大机大负荷小网”的结构特点而造成电网暂态稳定水平下降。通过仿真分析,提出可以通过扩建主变压器、控制机组出力、快速切除故障、改善发电机及其励磁调节系统特性、提高领前群机组机端电压和无功出力及切机等措施来提高地区电网的暂态稳定性和接带负荷能力。

基于扩展等面积准则法的电力系统暂态稳定分析

分析PCOI（惯量中心）映射和EEAC（扩展等面积法则）算法的原理和方法，提出EEAC算法的模型适应性和精度与所采用的数值积分法相同。采用EEAC算法对6机系统进行系统暂态稳定分析，得到量化的稳定信息，其量化计算的结果可以定量地评估系统的动态安全水平，使得各种运行工况和各种控制操作对稳定性影响的定量比较成为可能。

三维斜置半圆形表面裂纹扩展数值模拟

以裂纹前沿局部坐标中主法平面内的最大周向拉应力作为控制参数,对第一主应力拉应力裂纹扩展准则进行了补充和修正.修正后的拉应力裂纹扩展准则称为最大周向拉应力裂纹扩展准则.它不仅可以有效地确定裂纹扩展方位、扩展方向和扩展条件,而且可以有效地确定裂纹扩展步长.根据修正的裂纹扩展准则,给出了三维裂纹曲面的数学描述方式,可以有效地模拟扩展曲面的弯折和扭曲.

T应力对半圆盘岩石试件裂纹断裂及扩展机理研究

为将常规的最大周向应力扩展准则与考虑T应力的修正最大周向应力准则的理论预测结果及试验测试结果进行对比,验证笔者建立的修正最大周向应力裂纹扩展准则的准确性,得到T应力对断裂韧性及裂纹扩展规律的影响,采用三点弯曲半圆盘试件,通过改变预制裂纹方向,对Ⅰ-Ⅱ复合型断裂韧性和裂纹起始扩展角进行了研究。研究结果表明:当考虑T应力后,纯Ⅰ型裂纹扩展角不再保持为0,裂纹扩展方向发生偏折;关于Ⅰ-Ⅱ复合型断裂而言,当T应力为正时,材料抵抗裂纹继续扩展的能力增强,断裂强度增大;当T应力为负时,材料抵抗裂纹继续扩展的能力减弱,断裂韧性会减小。T应力对裂纹起裂角及临界应力强度因子的影响是不可忽略的,尤其是对Ⅱ型断裂影响更为显著,GMTS准则能够更好的预测岩石复合型裂纹初始扩展角及断裂韧性。

扩展有限元法在准脆性混凝土结构断裂中的数值模拟

扩展有限元法是基于自适应离散裂纹方法进行的混凝土裂纹扩展仿真模拟。并采用接触边界模型,接触边界模型包括正向位移和切向位移,允许通过界面进行剪切应力的传递,在扩展有限元法的框架中,对一个有凝聚力的裂纹扩展的延伸方向的研究有不同准则。通过两个例子,对最大周向应力理论,最大能量释放率理论和最小势能理论的实验数据进行了比较并形成规范。采用XFEM方法在一般加载模式I型和混合型加载条件下进行的混凝土断裂扩展数值模拟的灵活性和有效性已经得到了证实。