混凝土弹塑性损伤本构理论的研究

所讨论的模型和方法都是以连续介质力学和不可逆热力学为基础的，提出了新的混凝土弹塑性损伤本构模型.在该模型中采用了三个内变量，即塑性应变、各向同性损伤标量D以及应变梯，其中应变梯度反应了损伤的非局部性质，因此本模型是梯度依赖的非局部损伤模型.这个新的本构关系模型严格满足热力学的基本方程，在理论上是严密的.     

基于能量损失理论的混凝土受压损伤本构模型

在Najar损伤理论基础上,基于《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010),提出一种新型的混凝土单轴受压损伤本构模型,得到混凝土单轴受压损伤的计算公式和演变方程,可更好地描述没有简化的混凝土单轴受压过程中的损伤状况.给出常用强度等级的混凝土受压损伤本构曲线和损伤变量方程,对比分析不同强度等级混凝土的损伤曲线.应用软件ABAQUS,建立一个矩形钢筋混凝土筒体剪力墙模型,绘制模型结构的极限承载力骨架曲线.拟合对比分析,建立材料损伤和结构破坏的宏观近似关系,证明了假定是合理的.该本构模型具有参数少、简单实用和精度较高等优点,利用此方法可以有效解决混凝土受压损伤的仿真分析.     

玄武岩纤维混凝土单轴受拉损伤本构模型研究

为探究玄武岩纤维混凝土单轴受拉状态下的受力行为，采用等效应变假定理论，建立玄武岩纤维混凝土单轴受拉损伤演化方程。结合相关试验数据对考虑纤维影响的材料参数进行标定，得到单轴受拉损伤本构模型。通过试验曲线与理论曲线对比分析，验证损伤本构模型的准确性。以玄武岩纤维混凝土-钢筋梁三分点加载为例，运用该本构模型进行结构有限元分析，数值模拟结果与试验结果吻合程度较高，表明运用该损伤本构模型对结构受力进行分析具有可行性。     

基于应力-应变曲线的混凝土弹塑性损伤本构模型

为了准确地模拟混凝土材料的力学性能,从有效应力的角度出发,基于连续损伤力学基本原理,根据混凝土的应力-应变关系曲线(以改进的Saenz曲线为例),推导出混凝土受压损伤演化方程,建立基于应力-应变曲线的混凝土弹塑性损伤本构模型,并且开发进入ABAQUS中;通过数值模拟与试验结果对比分析,结果表明该本构模型可很好地描述混凝土的塑性变形、刚度退化的力学行为;对钢筋混凝土桥墩的振动台试验进行模拟,结果表明该模型可较好地模拟地震作用下钢筋混凝土桥墩的损伤演化过程,因此该方法建立的混凝土弹塑性损伤本构模型具有工程应用意义.     

直接拉伸状态下混凝土动力损伤本构模型的研究

混凝土作为一种率敏感性材料，在不同的加载速率下表现出不同的力学特性。加之其非均匀性，使得混凝土本构关系的研究变得很复杂。通过混凝土动态抗拉行为的实验，得到应变速率对其力学参数的影响规律，通过损伤变量的引入，推导出一种直接拉伸状态下的混凝土动力损伤本构模型，并给出推导直接压缩情况下的动力损伤本构关系的方法。     

混凝土弹性-徐变本构方程

在工程设计中通常用Burgers模型描述混凝土,依据徐变理论得到混凝土弹性-徐变本构方程.本文在变应力情况下用Burgers模型直接推导出混凝土弹性徐变本构方程,并证明这两种本构方程是等价的.     

混凝土损伤演化声发射和超声波时-频-空联合响应

为了实现对混凝土结构受载损伤评估、全面认识其失稳前兆响应行为及演化机制,本文设计了混凝土材料分级加载条件下声发射和超声波主被动同步监测方案,结合试样内部裂隙发育过程分析了受载混凝土声发射和超声波时域-频域-空间多角度多参量联合时变响应特征,基于超声波速场分布特征推演了试样损伤场的时空响应规律,借助声发射微裂纹发育定位解释了试样损伤场的动态迁移路径及演化机制.结果表明:混凝土损伤发育经历了本身非均匀向均匀的同步性变化,再向非均匀的差异性变化过程,该损伤发育特征与声发射和超声波的时域-频域参量动态时变响应规律一致;而试样失稳主破裂空间位置与波速场狭长条带状低波速区及声发射高能量定位事件聚集区均相吻合;分级加载过程中应力及时间对试样损伤具有双重累积效应,表现出低值稳定—快速增加—平静—急速增加4阶段时变特征。声发射参量a_P和a_E能定量表征该效应,试样临破坏时a_P和a_E从0.6左右急速增大2.0,故可以把该参量视为混凝土失稳的前兆特征信号.     

混凝土力学性质的损伤检测分析

冻融循环将直接导致混凝土内部结构损伤,使混凝土材料的结构松散,力学性能退化.这种性能退化所反映的混凝土本构行为的变化特性,既是工程中关于混凝土耐久性寿命评价、在役结构稳定性判断的重要参数,也是本构理论研究中的空白.基于这种指导思想,从冻融过程中的宏、细观试验建立混凝土力学性能退化规律的基本认识,屈服破坏面改变与本构模型参数的变化规律,得到关于冻融损伤发展的有益结论.     

层状岩石损伤本构关系的研究

对常见层状复合岩石的损伤结构与本构关系进行了研究,电镜微观研究表明了其微观结构与微孔隙特征, 导出各分层在不等围压、不同有效应力、不同参数及不同损伤演化过程下的三维非线性损伤本构方程与演化方程,并得到实验的较好验证.     

冻融循环作用下煤矸石混凝土的损伤特性及本构关系

考虑煤矸石粗骨料取代率（0、20%、40%、60%）的影响,开展冻融循环试验、单轴受压本构试验及声发射检测试验,研究煤矸石混凝土的损伤本构模型。研究结果表明：不同取代率的煤矸石混凝土的相对峰值应变与冻融损伤值具有较高的相关性,所得冻融损伤值与相对峰值应变的方程可为本构模型的建立提供有效参数。煤矸石混凝土声发射特性与其荷载损伤发展情况、力学性能、应力–应变曲线有紧密联系,基于受压声发射特性,采用PBS平行杆力学模型建立了未冻融循环作用下煤矸石混凝土的荷载损伤模型,并结合其冻融损伤模型,建立了煤矸石混凝土冻融损伤本构关系,计算结果与试验数据符合较好。该模型能较准确地反映混凝土在冻融和单轴受压荷载作用下的全过程损伤特征。     

混凝土SHPB试验的数值模拟

利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,运用HJC本构模型,对混凝土试件的SHPB试验进行数值模拟,重构了混凝土在低、中、中高以及高应变率下的应力应变曲线,并且对试件的破坏形态进行了模拟。研究表明,HJC模型可以很好地模拟混凝土材料的力学性能,重构的应力应变曲线在曲线形态和峰值应力上均与SHPB试验拟合良好,数值模拟得到的混凝土的破坏形态也与SHPB试验一致,确定该强度混凝土材料HJC本构模型材料参数的方法具有通用性。     

Parameters Sensitivity Analysis and Correction for Concrete Damage Plastic Model

In order to understand the effect of hardening ductility parameters and softening ductility parameters of the concrete damage plastic model in LS-DYNA,a sensitivity and reliability analysis of these parameters through a convenient cube unit test was conducted.The results showed that the peak strength strain was independent of the hardening ductility parameter DH,but affected by AH,BH,and CH.The softening ductility was mainly related to the softening ductility parameter AS,but not affected by the damage ductility exponent BS.In case that the model with default parameters failed to match the AS-controlled damage softening phase,an optimized model with an AS correction was developed.The corrected model with the AS value of 2 matched well with the code model,and exhibited good feasibility in predicting the stress-strain curve of different grades of concrete.Moreover,the practicability of the corrected model was further validated by the conventional triaxial test.The simulated curve exhibited favorable consistence with the trial curve.Therefore,the model with parameter correction could provide a prospective reference for predicting the mechanical properties of concrete.     

Parameters Sensitivity Analysis and Correction for Concrete Damage Plastic Model

In order to understand the effect of hardening ductility parameters and softening ductility parameters of the concrete damage plastic model in LS-DYNA,a sensitivity and reliability analysis of these parameters through a convenient cube unit test was conducted.The results showed that the peak strength strain was independent of the hardening ductility parameter DH,but affected by AH,BH,and CH.The softening ductility was mainly related to the softening ductility parameter AS,but not affected by the damage ductility exponent BS.In case that the model with default parameters failed to match the AS-controlled damage softening phase,an optimized model with an AS correction was developed.The corrected model with the AS value of 2 matched well with the code model,and exhibited good feasibility in predicting the stress-strain curve of different grades of concrete.Moreover,the practicability of the corrected model was further validated by the conventional triaxial test.The simulated curve exhibited favorable consistence with the trial curve.Therefore,the model with parameter correction could provide a prospective reference for predicting the mechanical properties of concrete.     

碾压混凝土断裂的数值仿真分析

本文提出了一种计算模拟混凝土构件荷栽──位移全过程曲线的方法──刚度荷载法，并采用基于钝裂带模型（ＢＣＢＭ）的混凝土材料全量型本构关系和三线型应变软化为线，编制了相应的计算分析程序，对碾压混凝土三点弯曲梁、楔入劈拉、碾压混凝土拱坝诱导缝典型结构等构件进行了计算分析，得到了结构”的荷载一位移全过程曲线、碾压混凝土材料拉伸软化曲线参数等一些有意义的数据和结果。计算结果与试验结果及用虚拟裂纹模型计算的结果吻合较好。     

混凝土分段曲线损伤本构模型及其数值验证

目的对引入损伤变量的混凝土结构进行损伤分析.方法结合混凝土规范中混凝土受拉应力-应变曲线数据和能量等效假设;在ABAQUS有限元分析软件中采用损伤模型进行结构分析,新的损伤演化方程中的材料参数值由试验标定;对混凝土试件的单轴拉伸行为和三点弯曲行为进行数值验证.结果提出了新的混凝土分段曲线损伤模型;单轴拉伸梁最大损伤值为0.9329,三点弯曲梁最大损伤值0.989;模型损伤演化结果符合试验趋势.结论较好地描述我国现行混凝土规范中给出的混凝土材料本构关系,新的混凝土损伤本构模型可以用于混凝土结构的损伤分析.     

基于塑性损伤模型的管片接头阶段分析

基于上海地铁13号线管片接头足尺加载实验,结合ABAQUS中混凝土塑性损伤模型和混凝土结构设计规范,对混凝土CDP模型的参数进行标定,并建立盾构管片接头塑性损伤三维有限元模型,研究管片接头在弯矩和轴力共同作用下的损伤破坏的全过程,对破坏过程中四个阶段的弯矩、裂缝张开量、挠度和损伤之间的关系进行详细分析。结果表明:塑性损伤模型计算得到的挠度-荷载曲线和试验曲线吻合较好,管片接头经历全截面受压阶段、小变形阶段、大变形阶段和接头接触挤压破坏阶段。以裂缝张开量为基础,结合管片接头挠度、弯矩和拉伸损伤带的损伤平均值,提出盾构管片接头损伤破坏的健康评价指标。     

混凝土单轴受压本构模型及其应用

通过一个细观模型,从损伤的角度解释混凝土在压应力作用下应力-应变关系的非线性和应变软化,根据等效应变假设和损伤力学基本原理,建立了单轴受压混凝土的弹塑性损伤本构模型,可导出已有单轴受压本构关系,并能反映混凝土的刚度退化和卸载后的残余变形;提出一类损伤函数和塑性变形经验表达式,利用应力-应变曲线特征条件和优化算法确定模型参数;与已有受压试验结果相比较,结果吻合良好.