基于損傷的混凝土動態(tài)本構(gòu)模型研究及其在有限元分析中的應(yīng)用.pdf

1、基于對混凝土作為一種具有微裂紋的非均質(zhì)材料、混凝土結(jié)構(gòu)受力體系日益復(fù)雜并且經(jīng)常會承受各種變化劇烈的地震、沖擊、爆炸等動荷載作用的認識,目前對混凝土材料力學(xué)行為的研究正由靜態(tài)向動態(tài)、單向受力狀態(tài)向復(fù)雜受力狀態(tài)、并考慮混凝土損傷演化過程的方向快速發(fā)展;而混凝土作為目前最常用的一種建筑材料,其本構(gòu)理論的研究歸根結(jié)底是為了工程的應(yīng)用.基于上述原因,本文旨在提出一種能為工程界所接受、便于工程應(yīng)用的基于損傷的混凝土單軸、多軸動態(tài)本構(gòu)模型.本文在對混

2、凝土動態(tài)本構(gòu)模型、損傷理論及靜動態(tài)破壞準(zhǔn)則研究現(xiàn)狀進行綜述分析的基礎(chǔ)上,提出了適用于混凝土材料的基于損傷的單軸拉、壓動態(tài)本構(gòu)模型,并通過引入拉應(yīng)力指標(biāo)、非線性指標(biāo)和等效一維彈性模量的概念,將單軸本構(gòu)模型推廣至空間應(yīng)力狀態(tài);然后用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行參數(shù)確定,并對模型進行進一步的驗證;最后用課題組自編的空間率相關(guān)動力有限元程序RDDP進行數(shù)值計算及分析.通過在混凝土靜態(tài)本構(gòu)模型體系上分別疊加應(yīng)變率強化因子和損傷弱化因子,從而構(gòu)成了基于損傷的單

3、軸動態(tài)本構(gòu)模型,該模型概念清晰,BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行模型參數(shù)確定后的結(jié)果表明:理論模型與試驗結(jié)果吻合較好;在將單軸本構(gòu)模型推廣至空間應(yīng)力狀態(tài)時,用拉應(yīng)力指標(biāo)區(qū)分混凝土的兩種基本破壞形態(tài):拉應(yīng)力控制的拉斷破壞和壓應(yīng)力控制的壓碎破壞,用非線性指標(biāo)修正單向應(yīng)力狀態(tài)時混凝土材料參數(shù)如強度、峰值應(yīng)變等的變化,對三個主應(yīng)力方向經(jīng)過非線性指標(biāo)修正后的彈性模量進行加權(quán)平均,得到等效一維彈性模量,從而將簡單的拉、壓應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系應(yīng)用于拉-拉-拉、拉-拉-壓、拉

4、-壓-壓、壓-壓-壓等各種復(fù)雜的三向應(yīng)力狀態(tài),很好地實現(xiàn)了一維本構(gòu)模型向三維本構(gòu)模型的推廣;動態(tài)荷載作用下,混凝土的拉、壓損傷規(guī)律有所不同,通過引入裂紋閉合系數(shù)的Loland模型-基于受拉損傷規(guī)律研究而得到的損傷模型-也可以很好地模擬混凝土在受壓狀態(tài)下的損傷演化規(guī)律;靜動態(tài)荷載作用下混凝土的破壞準(zhǔn)則不同,但可以用基于靜態(tài)破壞模型、考慮動態(tài)性能影響而建立的動態(tài)破壞準(zhǔn)則來模擬混凝土材料的動態(tài)破壞規(guī)律,這在當(dāng)前缺乏完善的動態(tài)試驗資料的現(xiàn)狀下,