基于细观力学的混凝土数值模型研究

详细分析了界面单元模型、接触面单元模型、CT图像三维重建模型三种细观混凝土数值模型的优缺点,并将数值计算结果与物理试验结果进行了对比.结果表明:混凝土接触面模型克服了界面单元模型中的界面层太厚、计算单元多、计算速度慢的弊端,且解决了原模型裂纹空洞区大的问题;而CT图像三维重建模型与实际物理模型能够一一对应,可以弥补传统随机混凝土骨料模型的不足.不仅可以使混凝土数值模型更接近于实际物理模型,而且可以较好地反映出了混凝土材料内部的力学特性.CT三维重建模型可为最终能够深入研究混凝土材料的细观破损机理开辟新的途径.     

基于数值模拟的混凝土系列有效断裂判据

基于ANSYS平台,对某系列混凝土断裂破坏试验的加载过程进行有限元数值模拟,获得了荷载-加力 点位移曲线.利用获得的曲线,在线性渐进叠加假定的基础上,确定了试件在失稳断裂时的临界有效裂缝长度.将模拟峰值荷载和临界有效裂缝长度代入由LEFM推导出的公式计算了考虑断裂过程区影响的有效断裂韧度.最后,通过对系列试验有效断裂韧...     

混凝土拉伸断裂的细观数值分析

根据混凝土试件拉伸和三点弯曲的物理模型,用梁-颗粒模型BPM 2D(B eam-Particle M ode l)模拟了混凝土拉伸和三点弯曲试件微裂纹的萌生、扩展直至试件宏观破坏的全过程。在梁-颗粒模型中用三种类型梁单元形成混凝土细观数值模型,每种类型梁单元的力学性质均按韦伯(W e ibu ll)分布随机赋值以模拟混凝土细观结构的非均匀性。数值模拟结果给出了混凝土拉伸应力-应变曲线和三点弯曲载荷-位移曲线,以及混凝土试件破坏过程最大应力分布图和裂纹扩展图。数值模拟结果显示混凝土破坏过程实际上就是微裂纹萌生、扩展、贯通,直到宏观裂纹产生导致混凝土失稳断裂的过程。通过对数值模拟结果的分析,揭示出混凝土在拉伸条件下裂纹尖端的拉应力集中是裂纹扩展的动力,混凝土组成材料力学性质的非均匀性是造成裂纹扩展路径曲折的重要原因。     

基于扩展有限元法的混凝土细观断裂破坏过程模拟

扩展有限元法（XFEM）是分析不连续力学问题（特别是断裂问题）的一种有效的数值方法。在常规的有限元位移模式中,基于单位分解的思想加入一个跳跃函数和渐进缝尖位移场来对不连续体附近的节点自由度进行局部加强,从而反映了位移的不连续性。介绍了扩展有限元的基本原理,给出了扩展有限元进行混凝土开裂及裂纹扩展的分析方法,最后采用扩展有限元法模拟了湿筛混凝土单轴拉伸作用下及WinklerL-型混凝土板的细观断裂破坏过程。分析了混凝土裂纹萌生、扩展的过程及破坏形态,数值结果与实验结果吻合良好。研究表明：扩展有限元法通过特定的位移模式,使裂纹两侧不连续位移场的表达独立于网格划分,能有效地模拟混凝土材料细观断裂破坏过程。     

混凝土的断裂参数及断裂过程区

由于混凝土断裂破坏时，裂尖具有微裂缝区及主缝的亚临界扩展这一特征，采用实验室小尺寸试件和线弹性断裂力学确定的断裂参数，往往有明显的尺寸效应，即ｋＩＣ随试件的尺寸的增大而增大，净截面名义应力随试件尺寸的增大而减小。     

纤维复合材料损伤过程的数值模拟

利用界面断裂力学和有限元法数值模拟纤维增强复合材料的细观损伤过程，研究各种主要破坏模式之间的相互转变和影响，指出以断裂能和混合度表示的界面性能是控制复合材料损伤过程的主要细观参数。分析了界面韧度对破坏性能的影响，探讨了基于破坏模式控制的复合材料韧度设计的新途径。     

管材包裹混凝土柱轴压细观力学数值模拟

将不同模量管材包裹下的轴压混凝土圆柱构件内部混凝土看作由骨料、砂浆骨料过渡层、砂浆组成的三相复合材料,利用骨料随机投放程序确定骨料在试件中的随机位置,并考虑各相材料的弹塑性性质,建立了构件的三维非线性细观分析模型.通过对不同模量管材(PE,HDPE,PVC,钢)包裹下的轴压混凝土圆柱的内部细现力学性能进行分析,探讨不同材料外包下轴压混凝上柱破坏的开展与其内部各种材料(如骨料、过渡层、砂浆等)及外部包裹材料的细观受力状况的关系.     

混凝土中心裂缝单轴拉伸损伤断裂数值模拟研究

基于对混凝土细观力学的认识,假定混凝土是由砂浆基质,骨料及它们之间的界面组成的三相复合材料,各组分的材料性质按照某个给定的Weibull分布来赋值,细观单元满足弹性损伤的本构关系,应用细观力学损伤模型研究了混凝土的宏观力学性质,并且通过有限元程序对中心裂缝混凝土试件在单向拉伸情况下的破坏过程进行了数值模拟.模拟结果表明,该模型可以用来研究单向载荷作用下混凝土结构的破坏机理.     

脆性材料动态断裂数值模拟

本文借鉴于Perzyna 的基本思想及Seaman 等人的实验结果,提出了一个脆性材料动态断裂模型.利用本文的模型对Cochran 的实验结果进行了数值模拟,其计算结果比Cochran 的计算结果与实验吻合得更好.     

岩体裂隙扩展过程的数值模拟

本文根据断裂力学理论及节理岩体的等效连续模型,探讨了岩体裂隙扩展过程的数值模拟方法,文末算例说明了方法的有效性。     

高桩码头不均匀沉降模型实验与数值模拟

以使用5年以上的高桩码头的大管桩为研究对象,采用模型实验的方法对大管桩的不均匀沉降进行了系统研究. 首先通过量纲分析,确定模型实验的各个物理量和相关参数,以及模型材料(PVC管)等; 然后利用电测技术,经过大量实验,获得大管桩的不均匀沉降量和变化规律; 同时,利用数值模拟,分析了大管桩不均匀沉降变化规律,验证了模型实验结果的可靠性, 说明了利用数值模拟方法分析大管桩不均匀沉降是可行的.     

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摘 要：利用大型通用有限元软件ANSYS10.0，首先对钢筋混凝土试件梁采用了三维的建模方式，然后对其抗弯性能进行了非线性数值模拟，所模拟的量包括各临界荷载、挠度、应力分布、中和轴的移动等，模拟结果与实测值吻合得很好。该方法可以用来分析钢筋混凝土梁板构件的承载能力，也可以应用在某些院校的教学中。     

一种混凝土损伤模型和数值方法

Ｏｔｏｓｅｎ准则在准静态时和实验结果有很好的一致性,但是混凝土的动态力学性质和准静态相比有明显的变化。此时,需要用应变率相关的本构模型来描述混凝土的力学行为。从Ｏｔ－ｔｏｓｅｎ的四参数混凝土破坏准则出发,考虑损伤、静水压和应变率对本构关系的影响,建立了混凝土的粘塑性本构模型。同时给出了基于该本构模型的混凝土的有限元计算方法：在积分内变量时采用改进的龙格－库塔格式,在时间方向上的积分使用带有步长控制的ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ－方法,有效地保证了积分的稳定和精度,给混凝土的进一步研究提供了方便。     

混凝土三点弯曲试件破坏过程的数值模拟

根据混凝土试件三点弯曲试验的物理模型,用MFPA数值模拟软件分别对砂浆和混凝土的三点弯曲试件的破坏全过程进行模拟．给出两个试件的载荷与加载点位移关系曲线,并进行了对比分析．     

k-D-a-B 模型和 Richtmyer-Meshkov 不稳定性的数值模拟

给出一个适用于流体力学数值模拟的湍流混合模型。由于引入湍流质量通量和密度脉动关联量的演化方程，它比一般的ｋ－ε模型能更准确地描述界面不稳定性引起的可压缩湍流混合过程，并且可以不需要人为给定初始湍流场。我们用同一套参数模拟了不同Ａｔｗｏｏｄ数的激波管实验，数值结果与实验基本一致     

模拟冻-融过程的热-水-应力耦合模型及数值分析

考虑低温条件下出现水-冰相变并有潜热产生的特点,将所开发的热-水-应力耦合模型及其二维有限元程序作了改进,使之可用于岩土体冻融问题的分析.并以Neaupane等的岩石室内冻一融试验为对象进行了数值模拟,将计算、试验和Neaupane的计算中所得的岩石试样上特定点的温度-时间曲线、温度-径向应变曲线作了对比,看到三者的接近程度较好,同时考察了本计算所得的一个岩石试样中不同时刻的温度、位移及应力分布,得出了若干结论.     

陶瓷靶抗射流侵彻的理论模型及数值模拟

以球型空腔膨胀理论为基础,提出了一个计算陶瓷靶板阻力的损伤模型,该模型考虑了损伤因子对陶瓷靶板弹道性能的影响.结合不可压缩流体力学理论,对射流侵彻陶瓷靶板的侵彻速度进行了理论值计算,并与未考虑损伤的侵彻速度进行了比较,该模型的计算结果更接近实验结果.建立了射流侵彻陶瓷靶板的数值计算模型,对铜射流侵彻陶瓷靶的动态破坏过程进行了研究,讨论了药型罩的锥角、壁厚对射流侵彻结果的影响,结果表明:相同锥角的药型罩,壁厚对陶瓷靶板孔径的影响较小;同壁厚的药型罩,随着锥角的增大,侵彻孔径增大.侵彻速度的数值模拟结果与理论结果进行了比较,得到了较好的一致性.     

钢筋混凝土构件试验的动态数值模拟方法

本文提供由计算机图形仿真系统构成的模拟试验环境．其主要特色是：１．采用裂纹扩展的分形弯折模型描述裂纹的动态扩展,裂纹位置采用随机处理技术,使单元裂纹更接近实际;２．采用动画显示技术,模拟钢筋混凝土构件从开始加载到变形破坏的试验全过程;３．用户可以根据需要选取任意截面,显示该截面的应力应变曲线．     

模块装药火炮膛内两相燃烧模型及压力波模拟

为详细了解新型模块装药火炮膛内发射过程中各模块区及中心可燃管区着火、燃烧现象以及压力波动情况,建立了准二维两相流内弹道燃烧理论模型。模拟结果表明,膛底与膛口压力、压力差数值计算结果与实验结果吻合得很好。     

双向密肋楼盖ANSYS数值模拟及力学性能研究

钢筋混凝土双向密肋楼盖是适用于工业民用建筑较大跨度楼盖的理想结构形式之一.至今为止针对密肋楼盖的研究较少.为了了解整个变形过程,预测其破坏形式,采用ANSYS对其力学性能进行非线性有限元数值分析.楼盖采用整体式建模,为了减少计算量,取结构模型的四分之一部分参数化,对四块双向密肋楼盖和一块平面尺寸相关的实心双向平板进行数值模拟,五块楼盖均为简支、中点受集中荷载作用.得出两种板的荷载-挠度曲线、裂缝分布,其模拟结果与试验结果吻合比较好;同时发现双向密肋楼盖与实心板的破坏机理十分相似,实心板的挠度比密肋楼盖发展快,实心板在开裂以后挠度迅速发展直至破坏,密肋楼盖在开裂后,随荷载增加,挠度发展较慢,荷载-挠度曲线接近直线,表明密肋楼盖的整体性很好,刚度大,变形小,受力性能明显优于实心板.同时在四块密肋楼盖的全边长尺寸相同的情况下,改变板区格数从5×5到11×11,板的承载能力提高了约1.38倍.在加载前期,ANSYS计算所得的中点挠度略大于实验值,后期稍小于实验值,表明模拟结果与实际承载情况中的整体刚度相当.