键基近场动力学框架下的应变计算方法

为了将键基近场动力学与连续介质力学联系起来,借助键伸长率和沿键方向线应变在空间上的对应关系,发展了一种键基近场动力学框架下的应变计算方法.利用薄板受拉、圆孔应力集中和悬臂梁空间变形问题的近场动力学模拟,验证了新方法在应变计算上的可靠性和准确性,并分析了计算范围和键取向数对精度的影响.模拟结果表明,新方法的计算结果与有限元结果或解析解吻合良好,计算范围对应变精度的影响可以忽略,键取向数则对应变精度影响较大.当取用所有方向的键时,应变的相对误差能控制在2%以内.因此,减小计算范围能在几乎不降低应变精度的情况下有效减少计算成本,增加键取向数则可以提升应变精度.

含铸钢节点钢结构的随机结构分析

利用等效弹性模量随机场来表征铸造缺陷的随机性,对含铸钢节点的钢管桁架结构进行概率有限元模拟,计算了结构整体性能对铸钢材料及钢梁钢管材料分散性的敏感度.然后,基于随机场局部平均理论,利用随机场网格描述铸钢节点缺陷概率分布随空间位置变化的特点,计算了结构整体性能指标对随机场离散后各随机变量的敏感度.最后,对随机场网格进行二次划分,得到能反映随机因素空间重要度的随机场网格,并大大减少了结构随机有限元计算的计算量.结果表明:含铸钢节点的钢结构的结构性能对铸钢材料弹性模量随机性的敏感度约为型钢钢管材料的3倍,铸钢材料的随机性是影响结构性能的重要因素;铸钢节点主管下侧受拉部位的材料对结构的刚度和稳定性影响较大,主管与支管相贯线部位的材料对结构强度影响较大,在跨尺度随机有限元分析中,相关区域在随机场网格细化和缺陷模型建立时应重点考虑.

铸造缺陷对铸钢节点钢结构力学性能的影响

为了研究铸钢件中铸造缺陷的等级大小、位置分布对其静力性能、疲劳性能的影响,通过Solidworks软件建立了包含铸钢节点的钢桁架结构的实体模型,根据已有研究成果确定了铸钢节点上缺陷的尺寸与位置;对带有不同铸造缺陷的桁架结构进行静力加载,通过分析结构的应力分布、位移分布情况确定铸造缺陷对其静力强度、静力刚度的影响;对带有不同铸造缺陷的桁架结构进行等幅疲劳加载,通过铸钢节点的修正应力疲劳寿命(S-N)曲线求得模型的局部疲劳寿命,明确铸造缺陷对结构疲劳性能的影响.研究结果表明:当铸钢节点的不同位置含有相同大小的铸造缺陷时,不同模型的应力极值最大相差11.7%,不同模型的疲劳寿命相差两个数量级;当铸钢节点的同一位置含有不同大小的铸造缺陷时,不同模型的应力极值最大相差1.7%,不同模型的疲劳寿命相差一个数量级;以上两种情况对结构整体和局部的位移分布均没有明显影响;当铸钢节点中铸造缺陷的分布发生变化时,不同模型间应力极值的变化率为8.8%,不同模型的疲劳性能均劣于只包含单个铸造缺陷的模型.

混凝土中氯离子扩散纳米通道紧缩性和曲折性影响的分子动力学模拟

结合宏观和微观模型研究了混凝土中纳米通道紧缩性和曲折性对氯离子扩散系数的影响.采用分子动力学方法模拟了氯离子在纳米通道中的输运过程,给出了紧缩性和曲折性影响输运过程的微观机理,结合宏观Fick定律统计分析了模拟结果,得出了紧缩性和曲折性对氯离子扩散系数的影响程度.结果表明,通道壁面结合氯离子影响孔隙液中的粒子分布,使得壁面附近形成吸附自由氯离子的正电层,降低了氯离子的扩散速度;结合氯离子浓度越大,氯离子扩散系数越小.同时,通道壁面原子作用势影响孔隙液中粒子的分布,在壁面附近形成有序的粒子层;通道宽度越大,氯离子扩散系数越大.曲折的通道会强制改变氯离子的输运方向,降低氯离子的扩散系数.

氯离子侵蚀混凝土及细观参数影响的近场动力学模拟

为了研究混凝土细观参数对氯离子扩散过程的影响,建立了饱和混凝土中氯离子扩散的近场动力学细观模型.该模型采用氯离子浓度的积分代替经典局部模型中的浓度空间微分,使用“键”将氯离子从一个材料点输运到另一个材料点.通过与有限元模型计算结果进行对比,验证了模型的可行性和有效性;讨论了骨料分布、骨料体积分数、骨料级配、界面过渡区(ITZ)厚度和ITZ扩散系数等细观参数对氯离子扩散过程的影响.结果表明:骨料分布对氯离子扩散过程的影响可忽略;随着骨料体积分数的增加,氯离子扩散速度先减小后增大;而骨料级配与氯离子扩散速度没有明显相关度.同时,随着ITZ厚度和ITZ扩散系数的增加,氯离子扩散速度小幅增加.

混凝土Lattice模型参数修正及钢筋混凝土锈胀破坏模拟

为了提高混凝土Lattice模型的计算精度,研究了模型参数修正方法.首先,对比分析了根据Lattice模型与实体模型计算得到的位移与应力,发现单一材料模型中位移比和应力比关联参数均与微单元特征长度成线性关系.其次,提出了一种递进式参数修正方法,即对微杆单元横截面面积和弹性模量依次进行修正.然后,采用多参数同步修正的方法,进一步修正了三相混凝土Lattice模型,修正后模型的位移和应力计算误差均不超过5%.基于该修正模型,模拟分析了钢筋混凝土结构的锈胀破坏过程.结果表明,角筋锈胀会引起竖向和水平向裂纹的共同发展,直至贯穿保护层.锈蚀钢筋间净距显著影响裂纹扩展模式;当净距与保护层厚度相当时,易形成钢筋间水平方向上的主裂纹,且主裂纹对其余方向的裂纹具有一定的抑制作用.