基于XFEM的坝体损伤扩展模拟

发布时间：2021-11-08 06:35

　　为研究混凝土坝在地震力作用下裂缝的扩展情况,用扩展有限元法（XFEM）对Koyna大坝进行仿真分析,以混凝土塑性损伤模型的损伤因子为变量,研究在地震荷载作用影响下混凝土坝体产生的损伤破坏情况。结果表明:采用扩展有限元模拟的坝体破坏模式与Koyna大坝实际破坏情况基本一致,用扩展有限元能够有效演示大坝在地震作用下的开裂过程,并且能够逼真地模拟出裂缝的扩展模式,在模拟的过程中,裂缝扩展不受边界约束,局部不需加密,有效控制了单元数量,节约计算成本,使复杂现实问题简单化。 

【文章来源】：长春工程学院学报(自然科学版). 2019,20(04)

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

Koyna地震波

为了研究坝体在地震荷载下的应力变形分布[9]，分别用反应谱法和时程法进行动力分析，两种方法的应力分布如图2所示。在坝高约66m处，明显出现了拉应力集中区，在地震作用下，上游面的拉应力超过了4MPa，下游坝面折坡处的拉应力超过7MPa，坝踵处的局部应力超过了3MPa[9]，地震下坝体产生的拉应力大于混凝土的抗拉强度2.90MPa，坝体将出现裂缝，有限元分析中的最大压应力<13MPa，抗压强度满足要求。在地震作用下，坝踵处首先出现拉应力损伤，随着地震的进行，损伤区逐渐上移，在T=3.88s时，下游折坡处出现拉应力损伤区，损伤因子为0.25；在T=4.36s时，损伤区从下游折坡处逐渐向上游面发展，折坡处损伤因子为0.56；在T=5.62s时，下游折坡处损伤因子达到0.83，之后损伤区不再发展，这表明损伤区在坝体上部形成贯穿裂缝，拉应力损伤分布如图3所示。

用扩展有限元法对地震作用下的坝体裂纹扩展进行模拟，裂纹扩展过程和应力分布如图5～6所示。在T=3.67s时，大坝下游面折坡处首先出现应力集中现象，应力值达到4.38 MPa，坝体进入裂纹扩展的初始阶段；在T=4.32s时，裂纹逐渐向上游坝面发展，最大应力在裂缝缝尖处，并且上游坝面也开始出现应力集中现象；在T=5.62s时，裂缝继续扩展，上游坝面应力进一步集中，直至裂缝贯穿整个坝面，缝尖应力达到8.91MPa。图4 塑性损伤分析的位移时程图

【参考文献】：
期刊论文
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[3]低密度固体颗粒与液体搅拌混合过程的数值模拟研究[J]. 陈涛,吴大转,杜红霞,王乐勤,李志峰.  工程热物理学报. 2010(02)

博士论文
[1]极端荷载作用下混凝土重力坝的动态响应行为和损伤机理[D]. 王高辉.天津大学 2014

硕士论文
[1]基于XFEM的梁柱节点断裂分析及裂纹扩展研究[D]. 谷雨.兰州理工大学 2016
[2]组合梁—高强连续复合螺旋箍混凝土柱框架损伤过程数值模拟分析[D]. 高伦浩.江西理工大学 2015
[3]新型配筋小剪跨比钢管混凝土组合剪力墙受力机理研究[D]. 罗伟.长安大学 2014
[4]叠合式双向板挠度的理论分析与试验研究[D]. 崔亚涛.安徽建筑大学 2014
[5]混杂纤维混凝土核废料永久贮库抗震研究[D]. 张诚.东北大学 2013
[6]混凝土重力坝动力响应分析及抗震措施研究[D]. 张甫杰.大连理工大学 2008



本文编号：3483200