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《浙江大学》 2004年
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离散单元法的研究及其在结构工程中的应用

方韬  
【摘要】: 在科学研究领域里,数值分析方法已经成为解决问题的主要工具之一。现存的一些数值方法如有限元法等在研究混凝土、岩石等脆性材料在冲击、爆破、地震等动荷载作用下的破坏过程问题中存在着一定的困难。因此,对于此类问题需要新的数值分析方法。 离散单元法原本是一种分析节理岩石的数值计算方法,现在也发展成为模拟结构或构件破坏的一种有效的分析方法。 本文回顾和总结了离散单元法的发展历史及其研究现状,对现有模型进行了扩展,提出了基于Motohiko Hakuno的改进单元模和基于Noriyuki Utagawa的改进单元模型。相应的模型中增加了钢筋单元、节点单元以及考虑了混凝土的非线性。文中详细介绍了离散单元法的基本原理、破坏准则、基本方程以及弹簧刚度系数、阻尼系数、时间步等计算参数的确定方法。 采用改进后的理论模型编制了相应的计算分析系统软件,能够进行结构或构件的破坏过程的模拟分析。程序的编制中,使用具有面向对象特性的C++语言,使于程序容易维护和可读。对单元之间的不同接触类型采用不同的链表进行存储,这有效地提高了计算的效率。 文中对在强制位移作用下的混凝土板破坏过程、对钢筋混凝土梁在不同剪跨比情况下的不同破坏形态以及在爆炸荷载作用下的钢筋混凝土框架结构的倒塌破坏过程进行了模拟分析。算例与分析结果表明:采用改进后的离散单元法可以较好地模拟钢筋混凝土结构和构件的破坏特性。
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