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。     

大坝混凝土楔入劈拉试验的并发多尺度区域分解数值模拟

并发多尺度区域分解法应用于复合材料力学性能的多尺度数值试验研究,可在同一有限元模型中分别实现对损伤子区域的高精度细观网格剖分和对线弹性子区域的高效率宏观网格剖分。采用随机骨料模型模拟大坝混凝土细观结构,再结合并发多尺度区域分解法,建立了大坝混凝土的并发多尺度区域分解有限元模型;然后,将模型应用于全级配随机凹凸型骨料试件的楔入劈拉试验数值模拟。计算结果表明:(1)该模型能够重现大坝混凝土楔入劈拉试件的跨尺度破坏过程,计算所得的P_h-CMOD曲线以及宏观裂缝区扩展模式均与已有文献的物理试验结果相符;(2)模型的最终计算规模仅为全细观尺度有限元模型计算规模的43.18%。数值试验模拟结果与物理试验所得结果的一致性说明模型合理,此外,计算规模的减小使得模型的计算效率得到了显著提升。     

大坝混凝土非连续变形的并发多尺度区域分解法

大坝混凝土的裂缝萌生和失稳扩展分析需要尽可能准确地模拟骨料和砂浆界面的弱不连续，而界面过渡区微米级的厚度模拟使得有限元网格存在网格剖分质量不佳和网格数量庞大的问题。通过在大坝混凝土细观结构的不同材料实体单元间预嵌零厚度界面单元，并进行宏细观子区域界面节点重新匹配，建立了骨料-砂浆-界面单元的宏细观区域分解有限元网格。同时结合隐式梯度损伤模型和内聚力模型，在同一模型中实现骨料、砂浆基质的损伤失效模拟及骨料-砂浆界面的弱连接到脱开模拟，构建了大坝混凝土非连续变形的宏细观并发多尺度区域分解模型。将模型用于某大坝混凝土的直接拉伸试验模拟，不同随机骨料模型均能捕捉骨料和砂浆界面的弱连接到脱开过程。重现的混凝土试件破坏形态与已有研究结果一致，证明了模型的合理性。本研究可为大坝混凝土损伤断裂力学性能的数值试验提供技术支持。     

地震载荷作用下混凝土重力坝损伤分析

为了深入研究混凝土重力坝在地震载荷作用下进入非线性状态并发生损伤破坏的力学机理,通过损伤力学理论对混凝土重力坝的损伤机制进行分析,运用有限元软件对混凝土重力坝发生损伤现象进行数值模拟。分析在x、y方向的地震载荷作用下,混凝土重力坝发生损伤的区域。监测坝体靠近损伤区域的节点的主应力变化情况。研究表明:在坝踵、坝趾以及坝颈下游面这些应力集中区域易发生损伤现象,主应力随着地震加速度时程变化而变化,地震加速度幅度越大,坝体的受拉应力水平越高,范围也越大,拉应力水平极易达到抗拉强度,进而发生损伤现象。揭示了混凝土重力坝在地震载荷作用下损伤的发生机制,为混凝土重力坝的设计和施工提供理论依据。     

基于时程分析法混凝土重力坝地震损伤研究

本文基于时程分析法并在ABAQUS有限元软件的支持下对某碾压混凝土重力坝展开了地震下的损伤破坏研究。结果表明:大坝混凝土的损伤于坝踵最先出现,随后坝趾发生损伤,损伤区域随地震加载逐渐由坝踵、坝趾向坝体内部及坝底扩散,大坝受到中等程度损伤,但并未受到破坏。     

某重力坝考虑混凝土拉压损伤的地震响应分析

本文结合某实际重力坝工程,采用有限元软件ABAQUS的混凝土材料塑性损伤本构模型模拟了其混凝土材料在地震荷载作用下拉压损伤、拉压转换的全过程,并通过地震超载的方式使混凝土重力坝逐步达到极限状态,探讨了混凝土重力坝拉压损伤演化过程和变化趋势。通过与仅考虑混凝土受拉损伤在不同地震超载系数下的计算结果对比,还考虑混凝土受压损伤对重力坝强震破坏过程和极限抗震能力分析的影响。研究结果表明,同时考虑拉压损伤和只考虑拉损伤的极限抗震能力相同,且重力坝的强震损伤极限状态主要是由受拉损伤控制,同时在多轴应力状态下,拉压损伤有可能在同一部位同时出现。     

混凝土重力坝在地震荷载下的稳定分析

采用混凝土损伤塑性本构模型,利用有限元分析软件ABAQUS进行混凝土坝的结构计算,分析某混凝土坝在地震荷载下的响应,分析结构的稳定性和任意荷载作用下结构的破坏情况.计算结构表明:采用混凝土损伤塑性本构模型,利用有限元分析软件ABAQUS进行混凝土坝的结构计算,可以更加直观反映混凝土坝的应力、应变和整个坝坡破坏发展过程....     

再生混凝土疲劳损伤机理的数值模拟

基于再生混凝土内部细观结构的数字图像,建立了二维细观再生混凝土疲劳损伤有限元模型。首先,对弯折疲劳破坏后的再生混凝士弯折疲劳试件进行机械切割并对切割后的表面使用数码相机拍摄,获得截面数字图像。然后,对所获得的数字图像进行处理并对骨料和砂浆部分进行边缘检测,获得骨料和砂浆的边缘坐标,将其导入有限元分析软件,获得实体模型。最后,建立了二维细观再生混凝土疲劳损伤有限元模型,研究了再生混凝土在疲劳荷载作用下的损伤分布和应力分布的变化规律。     

基于ADINA的面板堆石坝三维子模型法研究

考虑到面板堆石坝上游面板结构处各种接缝的尺寸与整个坝体模型差异过大,且其变形具有非连续性,从而会导致在有限元计算时出现求解困难或者精度不足的问题。尝试在ADINA有限元分析软件中用子模型法把面板及面板周边的混凝土趾板从面板堆石坝的整体模型中脱离出来作为研究对象,其优点在于方便实施,且可以采用精细的单元网格以获得更高精度的计算解。同时,子模型法对面板的垂直缝和周边缝以及面板与垫层接触部位也可进行详细模拟。通过工程实例计算,并进行结果合理性分析,在验证了面板堆石坝接缝等细部结构分析中采用子模型法具有较高精度和合理性的同时,重点对面板及其接缝部位的变形分布规律进行了探讨。     

混凝土损伤断裂数值分析应用研究

从线弹性断裂力学出发,引进混凝土的损伤本构模型．探讨和提出计算混凝土表面Ⅰ型裂缝缝端损伤区域的有限元计算模型和计算方法,从而令混凝土Ⅰ型裂缝稳定性的判断更直观。     

全级配大体积混凝土的内时损伤本构模型

复杂应力状态下全级配大骨料混凝土的强度和变形是混凝土坝体等大体积混凝土结构非线性有限元全过程仿真分析所必需的重要资料。本文结合内时理论和损伤力学理论，在大量试验数据的基础上，考虑尺寸效应和骨料湿筛效应对损伤变量的影响，建立了适用于不同骨料级配混凝土的内时损伤本构模型。该模型不仅摆脱了一般弹塑性中屈服面的概念，而且反映了不同骨料级配混凝土受力时不同的损伤演变规律。应用本文建议的模型，计算了全级配混凝土以及湿筛二级配混凝土在不同应力状态下的应力-应变关系，所得结果与试验数据符合的较好，可作为拱坝及其他大骨料混凝土结构设计的依据。     

走锚漂流船舶撞击下桥墩基桩损伤分析

某挖沙船因洪水冲击走锚漂流,与下游浔江特大桥非航道孔桥墩发生碰撞。通过对事故时水文气象、漂流船舶状态与受损状况、受损桥墩外观调查,采用超声对测法和反射波法分别检测了撞击区域桥墩混凝土内部损伤和桩基桩身完好性,基于ABAQUS有限元软件分析了走锚漂流船舶作用下桥墩桩身应力、位移和损伤分布,综合分析判断事故中桥墩的损伤状况,为事故的后续处理提供技术依据。结果表明:桥墩碰撞处无开裂和明显破损,桥墩桩与盖梁间连接完好,上部结构与桥墩间搁置正常;碰撞区域混凝土内部无明显损伤,受撞桥墩桩身结构完整无明显缺陷;高危损伤区域为变径处系梁的左上和右下连接处;船舶走锚与船舶漂流对桥墩的撞击作用效应差别巨大,可判定本次碰撞事故未对受撞桥墩结构造成损伤。     

混凝土破裂过程三维数值模拟及CT验证

将混凝土简化成由骨料、水泥砂浆及其二者之间的界面层所组成的三相复合材料，建立了混凝土骨料随机分布三维模型，用界面单元多次细分技术进行有限元网格划分，基于弹性损伤本构关系采用双折线损伤演化模型描述混凝土细观各相弹性损伤退化，用弹性模量的折减程度来反映混凝土试件在加载过程中的损伤程度。对混凝土圆柱体试件进行了数值模拟计算，并从混凝土破坏过程图和荷载-位移曲线图两方面比较了数值模拟的破坏过程与CT试验结果，发现试件破坏时裂纹的萌生、扩展过程与CT观测到的过程具有相似性，说明用本文建立的三维数值模型模拟混凝土材料的损伤破坏过程是基本可行的。     

水工隧洞衬砌结构非线性地震响应分析

为了合理描述水工隧洞衬砌混凝土的非线性力学特性,采用塑性损伤模型模拟了混凝土材料在地震荷载作用下的本构关系。在此基础上,通过将混凝土刚度与钢筋材料刚度叠加来考虑衬砌中钢筋结构对衬砌刚度的强化作用,并基于此建立了衬砌结构非线性有限元分析模型。结合动力时程法模拟衬砌结构地震响应全过程,建立了完整的衬砌结构地震响应分析模型。通过将该模型应用于某水工隧洞地震响应数值计算中,分析了衬砌结构非线性地震响应特征。结果显示:地震过程中衬砌结构腰部的位移响应较大,衬砌结构整体产生了较为明显的结构变形,导致衬砌腰部最大拉应力达到了1.3MPa左右并超过了混凝土抗拉强度;震后衬砌结构内侧受到附加动水压力的影响,导致其损伤程度较大,损伤最为严重的区域主要分布在衬砌腰部,最大损伤系数达到了0.7左右。     

盖下坝水电站施工期温度应力及损伤仿真分析

结合盖下坝水电站工程实际情况,采用ANSYS软件及其二次开发技术,对该混凝土拱坝施工期的温度场和应力场进行全过程的三维仿真计算,得出施工期最高温度和最大温度应力.同时,利用损伤有限元程序对该大坝进行了损伤仿真计算,得出施工期重要时刻的损伤场.仿真结果表明,在合理的温控措施下,大坝施工期温度应力远小于设计容许值,损伤值也较小,施工期不会出现宏观裂缝.     

大骨料混凝土应变局部化中不同粒级粗骨料的作用效应

为探究不同粒级粗骨料在大骨料混凝土损伤开裂应变局部化过程中的作用效应,在建立大骨料混凝土细观有限元模型的基础上,通过开展不同细观结构下的损伤开裂模拟,分析了大骨料混凝土应变局部化区域的演化过程和分布特征;通过在原细观结构中单独改变某一粒级粗骨料分布,分别探究了不同粒级粗骨料在应变局部化中的作用效应。研究表明：应变局部化主要发生在大粒径粗骨料与砂浆间的界面过渡区处,特大石粒级粗骨料在很大程度上控制着应变局部化区域的主要分布特征,大石和中石粒级粗骨料均可直接或间接在应变局部化区域形成过程中发挥明显作用,而小石粒级粗骨料在应变局部化中的作用效应微弱。研究成果可为在大骨料混凝土细观损伤断裂分析中通过简化细观结构来降低模拟难度和减小计算规模提供参考。     

基于单弹簧联结单元法的白鹤滩拱坝孔口配筋非线性有限元分析

采用单弹簧联结单元法及混凝土四参数损伤模型,对施工期工况下白鹤滩拱坝的6~#底孔结构进行了钢筋混凝土三维非线性有限元计算,分析了配筋对孔口结构应力状态的影响,以及配筋后混凝土的损伤情况、钢筋应力分布及裂缝开展宽度等。结果表明,加入钢筋对该孔口大部分区域的混凝土应力影响不大,但会使大梁、下游闸墩等拉应力较大部位的应力状态有所改善;该孔口中仅在大梁与闸墩结合处发生轻微损伤,加入钢筋能在一定程度上限制损伤的增大和扩展;6~#底孔中钢筋应力不大,裂缝开展宽度满足规范要求。     

建立在应变空间上的混凝土四参数破坏准则

提出了建立在应变空间上的混凝土四参数破坏准则,从而消除了Hooke定律假设和平面应力假设对有限元分析计算的影响.结合损伤模型,通过算例计算并与应力空间其他准则相比较,验证了该准则的合理性和可行性.该准则的特点是:形式简单,不仅能正确反映混凝土单轴应力状态下的强度,而且能很好地反映多轴应力状态下混凝土的强度.     

基于加权最小二乘的结构模态参数与损伤识别

为提高利用最小二乘进行模态参数识别的精确度,提出了分频段加权最小二乘模态参数及损伤区域识别方法。分别基于各频率段能量和普通克里金插值作为权值,加权计算模态参数。将此方法应用于识别时变系统,用于Koyna混凝土重力坝在地震作用下损伤识别中。结果表明,识别的固有频率时程曲线可以准确地对结构损伤情况进行描述,根据坝体观测点在初始和损伤结束时刻的响应信号识别的归一化振型可以对结构损伤进行定位。该方法可以较大地提高结构模态参数的识别精度,并且准确地识别结构的损伤区域。     

廊道布置对混凝土重力坝冻融破坏特性影响研究

冻融破坏是混凝土重力坝常见耐久性问题之一。通过大坝渗流和温度仿真分析确定潜在冻融破坏区域,基于已有混凝土冻融损伤本构模型分析大坝的塑性损伤分布,以此评价廊道布设形式对重力坝冻融损伤特性的影响。分析结果表明:混凝土结构的抗冻特性不等同于其本体材料抗冻特性,合理增设廊道数量对混凝土重力坝抗冻耐久性有利,该研究成果能为严寒区域重力坝抗冻耐久性设计提供参考。