基于非局部隐式梯度模型的混凝土断裂损伤

介绍了隐式梯度模型及其与非局部模型的关系;分析了隐式梯度模型中非局部等价应变求解时形函数的选取原则;讨论了受均布载荷作用下平面应力裂纹混凝土板裂尖的应变场;提出了隐式梯度模型中采用数值外插法求解裂尖的非局部等价应变,解决了裂尖损伤场光滑问题.数值计算表明隐式梯度模型对避免软化损伤模拟时的病态网格依赖性和零能量损耗有非常好的效果.

基于隐式梯度模型的混凝土损伤的数值模拟

分析了局部损伤模型在进行混凝土应变软化模拟时存在的问题:网络依赖性和零能量损耗问题;分别应用隐式梯度模型和局部模型对混凝土应变软化进行了模拟。计算表明该隐式梯度模型可较好避免有限元在应变软化模拟时的网络依赖性,预测出的荷载-位移响应与实际情况吻合较好。

土体软化条件下条形基础地基承载力数值模拟

为克服材料软化导致的有限元网格敏感性难题,提出了一个压力相关隐式梯度塑性模型来模拟土体软化条件下条形基础地基承载力。通过引入微应变作为附加运动学变量,推导了包含高阶广义应力的微力平衡和经典动量方程,并基于热力学第二定律,将附加的微力平衡转化为宏观等效塑性应变与微应变耦合的Helmholtz方程。进一步建立能耦合位移和微变量的有限元算法,并通过软化材料双轴压缩试验模拟,验证了该算法在应变局部化数值模拟中的适用性。将建立的方法用于条形基础地基承载力特性模拟,并通过与理想弹塑性模型计算结果对比表明,土体软化将导致地基承载能力降低,破坏模式表现为失稳区域变小且塑性应变幅值增大。

混凝土梁四点弯曲试验的并发多尺度区域分解法模拟

损伤在准脆性混凝土材料的非线性力学特性中占有重要地位。但有限单元法计算采用局部损伤模型时存在网格敏感性和零能耗问题。同时,传统单一网格有限元模型难以对构件的线弹性区域和非线性区域进行区别处理,无法将有限的计算资源集中在重点关注区域。通过局部子区域预设高精度有限元网格和引入尺度间线性多点约束法,实现并发多尺度方法和整体有限元撕裂对接法的结合,采用隐式梯度损伤模型描述混凝土材料的非线性本构关系,运用双重组装并行直接求解法进行模型的大型线性方程组求解,完成了混凝土损伤失效分析的并发多尺度区域分解模型构建。将该模型用于混凝土单边切口梁的四点弯曲试验模拟,并对可能损伤的纯弯拉区域分别采用了3种不同尺寸的有限元网格计算。算例分析表明,模型合理可靠且不具网格敏感性,能够重现混凝土的损伤失效全过程,可为混凝土构件开展损伤失效全过程分析提供多尺度数值模拟技术支持。

基于Total-FETI法的混凝土损伤分析子区域剖分研究

在整体有限元撕裂对接法和隐式梯度损伤模型结合的基础上,针对损伤子区域模拟的高精度要求和混凝土损伤扩展路径的不确定性问题,通过引入基于非局部损伤应变的子区域自适应更新方法,结合子区域更新误判修正,实现了混凝土损伤失效过程非线性子区域的高精度有限元网格自适应更新。同时,对L型混凝土试件进行不同子区域剖分数量和子区域分解形式的数值试验对比分析。研究结果表明:模型不存在子区域分解敏感性;子区域剖分数量越多,或者子区域分解方式与损伤扩展路径相适应时,高精度有限元网格子区域的自适应更新数量越少,模型计算规模减小明显;此外,子区域界面节点的增加对计算规模削减的影响较小,模型整体计算效率提高明显。研究结果可为混凝土损伤分析的并发多尺度数值计算提供参考。