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混凝土非线性有限元分析与网格尺寸效应

崔焕平  
【摘要】:本文对混凝土的力学特性进行了系统的研究,尤其是混凝土的非线性性能。并建立了混凝土非线性损伤本构模型,在此基础上编制了混凝土结构非线性有限元程序。利用所编程序研究了有限元计算结果对网格的依赖性,并提出了消除网格尺寸效应的方法。本文的工作可分为如下几部分: 1.在前人研究成果和现有理论的基础之上,提出了一种能较好反映混凝土材料非线性的本构模型,结合损伤力学基本原理,用无量纲化的指标,建立混凝土损伤本构模型,十分便于有限元程序的实现。 2.编制了混凝土结构非线性全过程分析程序。利用损伤本构方程,简化了有限元分析中对刚度阵的调整、不平衡力的计算与剩余应力的计算。同时,对加载、卸载情况也能十分方便地处理。 3.研制了前后图像处理软件,前处理可以显示出试件的网格剖分,后处理可动态模拟试件破坏的全过程,输出任一时刻的变形、裂缝图像,使得混凝土断裂分析全过程可以借助以图像显示直观地表现出来。 4.以简支梁为例,对其划分成不同的网格尺寸进行分析,研究网格尺寸对有限元分析结果的影响,指出传统的强度破坏准则存在的缺陷。讨论了网格尺寸效应存在的原因。 5.通过适当调整混凝土的极限拉应变的值,使其成为网格尺寸的函数,以保证混凝土在开裂过程中释放的能量唯一。并得出了极限拉应变与网格尺寸的关系,从而有效的消除了网格尺寸效应。 6.对混凝土单轴压缩和单轴拉伸实验以及混凝土的拉伸断裂进行仿真模拟,模拟结果表明:采用不同网格尺寸也可以得到相同的计算结果。说明本文在消除网格尺寸效应方面的可行性和有效性。


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