混凝土疲劳损伤本构模型及疲劳性能评估方法研究

发布时间：2020-04-02 02:46

【摘要】：在土木工程中,混凝土是应用最广泛的材料之一,其各项性能研究的重要性不言而喻,其成分较复杂、且具有较大的随机性,力学性能也表现出显著的随机性和非线性,这使得对于混凝土力学性能的研究也有较大的难度。混凝土疲劳本构模型是混凝土研究中的重要问题之一,也一直是国内外混凝土研究的热点。在过去的混凝土计算中,人们往往更多地考虑其承载力校核,而忽视了混凝土结构在疲劳荷载作用下的受力性能退化。事实上,疲劳荷载对于混凝土结构的寿命有着较大的影响,所以对于混凝土疲劳性能的研究至关重要。本文针对这一问题开展了以下卓有成效的研究内容。(1)本文由混凝土疲劳损伤演化的过程中细观物理机理出发,基于一种低尺度断裂模型,将微孔洞、微裂缝的发展等效为模型中微结构的断裂破坏,通过对疲劳演化过程中材料能量耗散的研究,运用不可逆热力学框架下的损伤力学理论,提出了一种符合实疲劳损伤际机理的混凝土疲劳损伤演化方程,得到了一种形式较为简单且预测准确的疲劳本构关系模型。在此基础上,将得到的本构模型编写为FORTRAN程序,并通过ABAQUS/UMAT接口,将文中提出的本构模型应用于数值计算,使得本构模型具有实用性价值。(2)由于疲劳问题涉及加载循环和疲劳寿命两个时间尺度,两个时间尺度间存在巨大差异,因此在进行疲劳模拟计算时,存在计算耗时较长的问题。针对这一问题,本文基于趋势外推法原理,提出了一种疲劳有限元计算的加速算法,通过对有限元计算软件ABAQUS进行外部程序调控的开发,选取合适的跳跃步长,对计算进行跳跃,节省了跳跃步长内的精确计算时间,使得疲劳计算在保证准确度可控的前提下提高了疲劳损伤分析计算的效率,进一步使得本文的本构模型能够很好的应用于解决实际问题。本文选取了一混凝土单元对加速算法进行了验证,结果表明加速计算后的结果精度良好,且有效的节省了疲劳计算时间。(3)最后,本文选取了混凝土缺口梁和钢筋混凝土梁的疲劳试验模型,运用本文提出的本构模型和数值加速算法,进行了构建的疲劳损伤性能分析。结果显示,本文结论对混凝土疲劳性能能够良好的描述和预测,对工程实际中疲劳损伤分析具有一定的指导意义。
【图文】：

列车疲劳荷载下的混凝土桥Fig1.1Concretebridgeunderfatigueloadingfromtrain
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU528

【参考文献】