粘聚力模型在混凝土裂纹扩展中的应用

发布时间：2017-04-20 05:07

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【摘要】：混凝土是世界上使用最广泛建筑材料之一。由于混凝土结构所用材料和所处环境的特点，使得混凝土结构不可避免的出现开裂、性能劣化，，最终产生耐久性问题。粘聚力裂缝模型可以很好的描述混凝土裂纹尖端断裂过程区的力学性能。混凝土软化曲线反映了混凝土材料在达到抗拉强度后，其剩余强度和表现变形之间的关系，是粘聚力裂缝模型的重要内容。本文基于扩展有限元方法和粘聚力模型研究了混凝土裂纹扩展过程。主要研究工作如下： （1）分析了线性软化曲线与非线性软化曲线，并在此基础上提出多阶段软化曲线本构模型。并把采用这种曲线的数值模拟结果和文献中相应数据进行对比，表明多阶段软化曲线在表示混凝土的软化行为上具有一定的可信度和有效性。 （2）研究了粘聚力裂缝模型确定初始裂缝位置的方法，以及在ABAQUS中实现时采用的牵引力-分离法则，介绍了针对Ⅰ型裂缝扩展粘聚力模型的迭代算法，并提出了需要确定裂纹扩展方向的复合型裂纹的迭代算法。 （3）在有限元计算软件ABAQUS平台上分析了Ⅰ型裂纹梁和复合型裂纹梁在断裂过程中裂缝的扩展过程以及构件的荷载-裂纹嘴张开位移曲线，把扩展问题的模拟结果与文献中试验数据进行了比较，用此来验证数值方法分析裂缝扩展问题的准确性，证明了扩展有限元捕捉复杂形状裂缝的优势。用本文提出的模型本构关系分析了混凝土重力坝的裂缝扩展情况与应力分布规律，验证了模型的有效性。
【关键词】：混凝土 粘聚力裂缝 扩展有限元 断裂过程区
【学位授予单位】：武汉科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV33
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 研究的背景和意义9-10
• 1.2 混凝土开裂的研究现状10-11
• 1.3 混凝土开裂模拟的数值方法11-14
• 1.3.1 有限元法11-12
• 1.3.2 边界元法12
• 1.3.3 无网格法12-13
• 1.3.4 数值流形法13
• 1.3.5 扩展有限元法13-14
• 1.4 本文的主要工作内容14-15
• 第2章 混凝土断裂力学基本理论15-28
• 2.1 引言15-16
• 2.2 混凝土的本构关系16-18
• 2.2.1 混凝土的断裂机理16-17
• 2.2.2 线弹性断裂力学模型17
• 2.2.3 非线性断裂力学模型17-18
• 2.3 有限元分析中混凝土裂缝模型18-19
• 2.3.1 分离裂缝模型18-19
• 2.3.2 弥散裂缝模型19
• 2.4 粘聚力裂缝本构模型19-24
• 2.4.1 粘聚带的概念19-20
• 2.4.2 粘聚带的性质20
• 2.4.3 粘聚区本构关系20-24
• 2.5 粘聚力模型的有限元实现24-27
• 2.5.1 多阶段粘聚力模型软化曲线24-25
• 2.5.2 软化曲线参数的确定方法25-27
• 2.6 本章小结27-28
• 第3章 粘聚裂缝模型的扩展有限元方法28-45
• 3.1 扩展有限元法的基本思想28-35
• 3.1.1 单位分解法28-29
• 3.1.2 水平集法29-30
• 3.1.3 扩充形函数30-31
• 3.1.4 离散方程和不连续场积分31-35
• 3.2 粘聚裂缝问题的基本方程35-37
• 3.3 粘聚裂缝扩展分析算法37-41
• 3.3.1 Ⅰ型裂缝扩展迭代算法37-40
• 3.3.2 复合型裂缝迭代算法40-41
• 3.4 粘聚力模型的扩展有限元在 ABAQUS 中的实现41-44
• 3.4.1 初始裂缝位置41-42
• 3.4.2 裂缝初始判定准则42-43
• 3.4.3 ABAQUS 中 XFEM 的局限性43-44
• 3.5 本章小结44-45
• 第4章 混凝土的开裂数值模拟45-59
• 4.1 引言45
• 4.2 Ⅰ型裂缝梁裂缝扩展的数值模拟45-49
• 4.2.1 模型简图45-46
• 4.2.2 裂缝应力分析46-49
• 4.2.3 计算结果分析49
• 4.3 复合型裂缝梁裂缝开裂计算49-54
• 4.3.1 数值计算简图49-51
• 4.3.2 裂缝与应力分析51-53
• 4.3.3 计算结果对比53-54
• 4.4 混凝土重力坝裂缝的有限元模拟54-58
• 4.4.1 工程概况54-55
• 4.4.2 变形及裂纹扩展分析55-57
• 4.4.3 重力坝有无裂纹的应力对比分析57-58
• 4.5 本章小结58-59
• 第5章 结论与展望59-61
• 5.1 结论59
• 5.2 展望59-61
• 致谢61-62
• 参考文献62-66
• 附录 读硕士学位期间发表的论文66

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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6 徐世p

本文编号：317938