【摘要】：混凝土結構的破壞通常是由高度局部化的非均勻變形(即應變局部化)引起的,這種局部失效及其發展被認為是結構破壞的前兆。因此,在現如今人們對混凝土結構精細化分析與設計的要求越來越高的背景下,預測局部破壞的發生以及量化其對整體結構響應的不利影響至關重要。隨著計算機軟硬件與計算力學的快速發展,數值模擬方法以其效率高、可操作性強和可重復性好的優勢,逐漸為人們所重視。然而,已有的數值模擬方法及其理論基礎往往無法滿足混凝土結構精細化分析與設計的需求。因此,亟需建立和發展能夠更為精確地反映混凝土結構全周期響應行為的理論和數值方法。2017年,Wu基于熱力學基本理論,探尋到斷裂力學領域中的經典相場損傷模型和損傷力學領域中的梯度損傷模型之間的共通點,提出了統一相場損傷理論。不僅將相場模型的應用領域由脆性材料推廣至準脆性材料,實現了對眾多相場模型的規范化與統一化,而且從理論(數值)上搭建起了斷裂力學(離散裂縫模型)與損傷力學(彌散裂縫模型)之間的橋梁,迅速引起了國內外學者的廣泛關注。本文首先對統一相場損傷理論的數值實現進行研究,在攻克交錯求解算法、位移場與相場自由度交替問題等數值實現技術難題后,統一相場損傷理論在JIVE、OOFEM等開源有限元平臺得以實現。隨后成功將統一相場損傷理論應用于混凝土結構破壞全過程分析中,旨在為混凝土結構破壞全過程的仿真分析提供新的路徑。通過對相場子問題的測試分析,驗證了統一相場損傷理論對物理裂縫進行規范化拓撲的合理性。進一步通過對一系列混凝土破壞基準試驗進行模擬分析,得到了相場長度尺寸與網格單元尺寸的最優組合比以及建議組合比,并說明了統一相場損傷理論在混凝土I型、混合型破壞中的適用性及優越性。與此同時也驗證了交錯求解算法具備良好的健壯性。此外,通過兩組脆性材料試驗的分析,說明統一相場損傷理論不僅適用于混凝土等準脆性材料,也適用于脆性材料,驗證了統一相場損傷理論對經典相場損傷模型進行了規范化和統一化。
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TU37
【圖文】：

研究背景凝土是在土木工程當中用量最大、應用最廣的材料。據統計，2018 年我國用量已突破 20 億立方米。在高層建筑、橋梁、核電站、道路以及大壩等結構中，混凝土材料均扮演著承載支撐的關鍵角色。可見混凝土結構關系民眾安全。年來，隨著人民的生活水平提高以及建造宜居環境的意識增強，人們對房設施的安全性、使用性、耐久性等提出了更高的標準，這就需要混凝土結化方向發展。然而，在混凝土建設工程繁榮興盛的大背景下，盡管國內外十年間已從理論分析及數值模擬等方面做了大量的貢獻，但鑒于混凝土材性，目前關于混凝土的理論方法、模擬方法等均未能滿足混凝土結構精細。因此，對現有的混凝土理論、數值模型進行優化和創新十分具有意義。

華南理工大學碩士學位論文局部失效，即在很小的局部帶內高度局部化的非均勻變形所導致的結構破壞，與此同時局部帶外區域進入彈性卸載狀態。宏觀上混凝土結構的破壞通常都是由局部失效及其發展所引起，因此，預測裂縫的發生和量化裂縫對混凝土結構響應的不利影響是至關重要的。

離散裂縫模型（強不連續）示意圖 (b) 彌散裂縫模型（弱不連續）示圖 1-3 傳統應變局部化及破壞近似方法離散裂縫模型和彌散裂縫模型位移場及應變場的示意圖。離移場表征混凝土的應變局部化，在位移跳躍處應變為無窮大，連續；而彌散裂縫模型則通過一個連續但不光滑的位移場所引混凝土的應變局部化，此類不連續被稱作弱不連續。將它們進縫模型更接近于物理上的裂縫張開，但在數值實現上，由于彌的奇異點而略勝一籌。縫模型（斷裂力學）主要解決一條或多條預知裂縫的擴展問題單元邊界處設置界面單元來模擬裂縫引起的位移跳躍，因此也采用了基于混凝土斷裂能的粘聚裂縫模型，離散裂縫模型能與網格的大小無關；但是受到裂縫擴展路徑需要預先設定的限

【參考文獻】

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1 李杰,吳建營;混凝土彈塑性損傷本構模型研究 Ⅰ:基本公式[J];土木工程學報;2005年09期

本文編號：2748012