混凝土细观特性与宏观冲击压缩行为关联方法研究

发布时间：2017-10-17 07:36

  本文关键词：混凝土细观特性与宏观冲击压缩行为关联方法研究

  更多相关文章： 计算力学 混凝土 细观力学模型 多尺度分析方法 均匀化理论 动态力学性能

【摘要】：本文以混凝土细观特性与宏观动力学行为关联方法为研究对象,研究了混凝土细观力学模型生成方法,采用降阶均匀化方法对混凝土动、静态力学响应问题进行双尺度分析,并与试验数据进行对比验证。编制的双尺度程序可以方便的嵌入商用有限元软件ABAQUS中进行计算。全文主要研究内容如下：(1)混凝土多相细观数值模型生成方法研究将混凝土细观结构简化为骨料、砂浆、界面三相,编制了随机凸多面体骨料生成、投放和网格生成算法,建立可用于有限元计算的细观力学模型。程序考虑了骨料真实结构的复杂性,并可反映骨料在混凝土内随机分布特点。随后更改钢筋与骨料投放次序,将钢筋加入细观数值模型中。(2)基于均匀化理论的降阶求解方法研究首先基于均匀化理论对有限元方程进行宏细观双尺度展开,并在细观尺度构建特征位移场变量。基于均匀化理论的胞元思想,结合混凝土细观胞元模型和有限元软件ABAQUS数据结构特点,在有限元软件中通过自定义材料模型给出了降阶求解方法。(3)基于降阶均匀化方法的混凝土双尺度静态力学特性研究首先对混凝土细观力学模型进行单轴压缩数值模拟,验证模型的有效性。采用降阶均匀化方法,对不同强度混凝土进行单轴静态压缩双尺度计算,建立考虑混凝土细观特性的宏观力学行为双尺度计算方法。计算结果与已有试验结果和细观力学模拟结果吻合较好。(4)基于降阶均匀化方法的混凝土双尺度动态力学行为研究采用降阶均匀化方法,扩展细观相损伤应变种类,编制混凝土动态双尺度计算程序。首先对不同应变率下混凝土SHPB冲击压缩过程进行模拟计算,与试验结果对比,验证模型和算法的正确性。随后预测不同强度混凝土SHPB冲击压缩行为,证明双尺度分析方法的优势。
【关键词】：计算力学 混凝土 细观力学模型 多尺度分析方法 均匀化理论 动态力学性能
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU528
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-17
• 1.1 引言8-9
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势9-15
• 1.2.1 混凝土力学问题的研究尺度9-10
• 1.2.2 混凝土细观力学模型研究进展10-14
• 1.2.3 多尺度均匀化理论研究进展14-15
• 1.3 本文研究目的、内容及主要思路15-17
• 2 混凝土多相细观数值模型的建立17-28
• 2.1 引言17
• 2.2 骨料生成算法17-21
• 2.2.1 随机数生成方法17-18
• 2.2.2 空间随机凸多面体生成方法18-21
• 2.3 骨料随机投放算法21-24
• 2.3.1 骨料的级配21-22
• 2.3.2 骨料投放算法22-24
• 2.4 混凝土三维细观数值仿真模型24-27
• 2.4.1 混凝土细观数值仿真模型25-26
• 2.4.2 钢筋混凝土细观数值仿真模型26-27
• 2.5 本章小结27-28
• 3 混凝土变形行为双尺度降阶均匀化求解方法28-40
• 3.1 引言28
• 3.2 ABAQUS有限元软件简介28-30
• 3.2.1 ABAQUS有限元子程序28-30
• 3.2.2 非线性动态分析算法30
• 3.3 降阶均匀化方法30-39
• 3.3.1 均匀化理论30-32
• 3.3.2 降阶均匀化求解方法32-34
• 3.3.3 有限元求解方法34-36
• 3.3.4 降阶均匀化方法在ABAQUS中的实现36-39
• 3.4 本章小结39-40
• 4 基于降阶均匀化方法的混凝土单轴压缩过程模拟40-57
• 4.1 引言40
• 4.2 混凝土单轴压缩行为细观尺度模拟40-48
• 4.2.1 混凝土损伤塑性模型40-43
• 4.2.2 有限元模型43-45
• 4.2.3 结果分析45-48
• 4.3 降阶均匀化方法模拟混凝土单轴压缩力学行为48-55
• 4.3.1 材料模型、参数和求解算法49-52
• 4.3.2 降阶均匀化模拟方法的试验验证52-54
• 4.3.3 不同强度混凝土模拟验证54-55
• 4.4 本章小结55-57
• 5 基于降阶均匀化方法的混凝土SHPB冲击压缩过程模拟57-73
• 5.1 引言57
• 5.2 混凝土动态损伤本构及算法57-66
• 5.2.1 HJC本构模型57-59
• 5.2.2 双尺度本构模型59-66
• 5.3 基于降阶均匀化方法的混凝土SHPB冲击压缩过程模拟66-72
• 5.3.1 试验参数66-67
• 5.3.2 有限元模型的建立67-68
• 5.3.3 结果讨论与分析68-71
• 5.3.4 不同强度混凝土双尺度计算71-72
• 5.4 本章小结72-73
• 6 结论与展望73-75
• 6.1 研究工作总结73-74
• 6.2 有待进一步研究的问题74-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-84
• 附录84

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本文编号：1047593