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自动元胞机在钢筋混凝土梁冲击仿真试验中的应用研究

黄兴龙  
【摘要】:钢筋混凝土是一种力学特性十分复杂的材料,其本身存在着很强的非均匀和弹塑性特征,而且存在钢筋与混凝土之间的粘结问题,但是常规的研究方法大多是将材料理想化为连续体,通过试验建立本构模型,但这种理想化违背了混凝土材料的非均匀、离散性的本质特征,难以准确描述钢筋混凝土材料在动力荷载下从裂纹萌生、扩展、以至结构的破坏过程。 自动元胞机模型是一种时空离散化的动力系统,特别适合于空间复杂系统的时空动态模拟研究,因此自动元胞机理论在描述钢筋混凝土材料在冲击荷载下的反应方面有着独特的优势:可以方便的对材料和计算时间进行离散,并通过设计杆件简单的破坏机制来模拟结构复杂的非线性特性。 本文推导了自动元胞机模型建立和动力计算过程中所使用的理论公式,并对冯克等在AutoCAD平台下创建的建模系统进行了改进,成功的将连续材料在时间和空间上进行了合理的离散,建立了一个钢筋混凝土梁的自动元胞机模型。 针对钢筋混凝土受弯构件在冲击荷载下动力性能的研究,本模型进行了多组在冲击荷载下的仿真试验,对本模型中的参数演化规律进行了较为深入的研究,如:杆件极限强度对残余变形的影响分析;杆件弹性模量、阻尼系数对支座反力和跨中位移的影响分析;杆件分段数对仿真试验结果精度的影响等,在总结了这些参数对数值试验结果的影响规律之后,提出了一套参数取值方案,并对一组钢筋混凝土梁在不同冲击荷载下的真实试验进行了较为成功的模拟,从而验证了本模型参数取值方案的合理性,证明了自动元胞机理论在描述钢筋混凝土材料基本动力性能上的适用性,为复杂钢筋混凝土结构的数值模拟提供了基础。


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