脆性岩石多裂纹扩展的复合型相场模型研究

针对现有基于拉/压、球/偏应变能分解的2种复合型相场模型间差异性及其适用范围缺乏比较研究等问题,采用交错算法,依托ABAQUS平台自编相场本构子程序UMAT和相场变量演化子程序HETVAL,建立2种复合型相场模型数值求解方法,模拟脆性岩石双裂纹渐进式扩展贯通过程并对比分析。通过开展不同中心平行间距下含双平行裂纹的红砂岩试件单轴压缩试验,比较验证2种复合型相场模型的有效性并阐明其异同性及适用范围。研究结果表明:随着中心间距的增加,双平行裂纹的起裂点位置、扩展方向(I型翼裂纹起裂,扩展方向近似垂直于原裂纹面)和二次萌生裂纹(Ⅱ型裂纹)扩展方向几乎不变,但二次萌生裂纹的位置从2个内尖端变为2个外尖端,且岩桥贯通轨迹从2组裂纹尖端间扩展贯通变成1组裂纹内尖端扩展贯通;2种复合型相场模型均能有效地模拟出Ⅰ型、Ⅱ型裂纹扩展,但基于球/偏应变能分解的复合型相场模型模拟的二次萌生裂纹扩展(Ⅱ型反翼裂纹,扩展方向与翼裂纹方向相反)和岩桥贯通轨迹(裂纹尖端翼裂纹直接相向扩展贯通)与试验结果更为吻合,更适合于复杂加载条件下的脆性岩石多裂纹扩展行为模拟。

泊松效应对组合梁斜拉桥混凝土板纵向开裂的影响研究

为了研究泊松效应对组合梁斜拉桥混凝土板内力的影响,探究混凝土板纵向开裂的原因,以国内某主跨480m的组合梁斜拉桥为工程背景,采用有限元法分别建立全桥空间网格模型(未考虑泊松效应)和板壳单元模型(考虑泊松效应),从弹性理论的角度探索了组合梁混凝土板的泊松效应,计算辅助墩墩顶5个节段和主跨四分点5个节段混凝土顶板的横向应力和横向应变。计算结果表明:在辅助墩墩顶及主跨四分点处混凝土板的纵向压应力较大,2种模型的混凝土板横向应力也基本处于压应力状态;按照空间网格模型计算得到混凝土板的横向应变基本为压应变,而按板壳单元模型计算得到的混凝土板的横向多处于拉应变状态,接近于混凝土双向受力状态下的极限拉应变;该组合梁混凝土顶板的泊松效应明显,其产生的横向应变是混凝土板纵向开裂的主要原因。

考虑应变比影响的车用隔振橡胶疲劳寿命预测方法

隔振橡胶的工作载荷通常为时变和幅变载荷,为更好预测橡胶疲劳寿命,有必要建立不同应变比作用下橡胶疲劳寿命的高精度预测模型。在不同应变比作用下的橡胶疲劳寿命实测数据的基础上,引入等效应变的概念,将不同应变比作用下的疲劳寿命预测问题转化为运用传统裂纹萌生法可以处理的问题。分别采用指数函数、幂函数、幂指混合函数和二次多项式进行等效应变的计算,以相关系数为拟合优度,对不同模型的建模精度进行评价。结果表明:以幂指混合函数作为等效应变的近似计算模型拟合精度相对最高。进一步的疲劳寿命预测表明,将所提方法应用于不同应变比作用下的隔振橡胶疲劳寿命预测时,所获得的寿命预测值与实测值相比处于2倍分散线以内,说明模型的预测精度符合工程需求。

基于连续—非连续方法的地质体材料变形—拉裂过程模拟——以岩样紧凑拉伸试验为例

地质体材料易发生拉裂,为了有效模拟地质体材料的变形—拉裂过程,自主研发了一种连续—非连续方法。该方法实质是拉格朗日元法与虚拟裂缝模型的耦合,既能较准确模拟应力应变场,又能较准确模拟连续介质向非连续介质转化的复杂过程。以岩样紧凑拉伸试验为例开展变形—拉裂过程研究,得到以下结果。紧凑拉伸岩样的变形—拉裂过程:在岩样的V形缺口尖端附近出现最大主应力集中现象;节点发生分离,虚拟或真实裂缝扩展,最大主应力始终集中于虚拟裂缝的尖端位置;岩样被拉裂成两部分。最大不平衡力发生1次突增对应着1个节点的分离。在峰值之前,岩样的载荷—位移曲线表现出了硬化现象;随着岩样尺寸的增加,应力—应变曲线的峰值有所下降,这与Bazǎnt的尺度律相一致,且峰后应力—应变曲线的陡峭程度增大。目前针对紧凑拉伸试验的模拟结果是合理的,由此在一定程度上说明了提出的连续—非连续方法在连续介质向非连续介质转化模拟方面的突出能力。

绿泥石片岩单轴压缩特征强度各向异性特征研究

传统的裂纹应变模型法的理论主要是基于各向同性体建立起来的,采用这种方法获取层状岩体特征强度具有明显的局限性。为研究层状岩体的特征强度,基于横观各向同性理论,提出适应层状岩体求解各特征强度的横观各向同性裂纹应变法;结合绿泥石片岩单轴压缩试验,获得绿泥石片岩变形破坏规律以及闭合强度、起裂强度、损伤强度、峰值强度等各特征强度,分析这些特征强度与峰值强度的关系、以及它们的各向异性特征。结果表明:闭合强度与峰值强度的比值为0.1~0.3,起裂强度与峰值强度的比值为0.3~0.5,损伤强度与峰值强度的比值为0.8~1.0;绿泥石片岩闭合强度、起裂强度、损伤强度与峰值强度随加载方向与层理面的夹角β的增加先减小后增加;损伤强度与峰值强度各向异性度为3~4,具有中等各向异性,闭合强度、起裂强度各向异性度为4~5,具有高各向异性。

混凝土结构非线性徐变计算方法研究

为准确分析既有病害条件下的混凝土结构长期变形及受力行为,该文进行了混凝土材料非线性徐变计算方法研究。以非线性弹性徐变本构理论为基础,利用Hongnestad模型推导出材料软化系数,提出一种新的非线性徐变本构模型,采用初应变法进行显式迭代,实现混凝土材料非线性徐变分析。以混凝土徐变及开裂的线性耦合假定为基础,模拟长期持载过程中裂缝的扩展。采用ADINA用户子程序二次开发实现了相关算法,并通过混凝土非线性徐变经典试验的对比分析,验证了计算方法的可靠性。

既有裂缝条件下的主梁刚度衰减分析

针对既有腹板裂缝桥整体刚度衰减难以评估的问题,采用梁体分类单元假设,基于总应变裂缝模型,划分既有桥梁腹板开裂区域为裂缝区,顶底板等完整区域为弹性区。通过腹板开裂后的荷载位移曲线实现既有腹板裂缝桥整体刚度衰减的实用计算,并通过算例进行算法应用。结果表明:该算法能够较好地反映腹板特定区域开裂后的结构刚度衰减。随着外荷载不断增加,腹板区域从弹性工作状态逐步进入裂缝发展阶段,非弹性挠度增长曲线在后期发展显著,对于背景桥,腹板开裂后的结构整体刚度衰减为完整结构的84.5%。

钢筋混凝土结构的细观尺度模型及裂缝扩展模拟

基于细观尺度模型,研究了钢筋混凝土结构在荷载作用下的裂缝扩展情况并进行了数值仿真.首先,建立了混凝土结构的两相复合材料分析模型;其次,通过引入空间相关系数,对既有的Weibull力学参数分布模型进行了改进,使之体现单元之间力学性质的相关性;随后,构建混凝土及钢筋的本构方程,考虑到求解效率,利用应变能密度等效准则对混凝土三折线本构关系进行了简化;然后基于ANSYS平台开发了裂缝扩展模拟程序模块,通过引入裂缝贯通监控因子,对相互贯通后的裂缝实行自动化处理,提高了仿真的鲁棒性.为验证本文方法的有效性,将数值分析结果与3根不同剪跨比的钢筋混凝土简支梁加载后的裂缝开展情况进行了对比,模拟结果与试验现象吻合较好.