混凝土破坏过程的复合型界面损伤模型与数值模拟
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混凝土材料破坏过程的细观数值模拟
吴锋;卓家寿
【期刊名称】《重庆交通大学学报(自然科学版)》
【年(卷),期】2008(027)005
【摘要】从细观层次上分析了混凝土的内部结构,把混凝土看作是由粗骨料、硬化水泥砂浆及两者之间的过渡层组成的非均匀三相复合材料.介绍了混凝士细观结构的界面元离散仿真模型计算方法,论述并验证了该细观模型的正确性,对混凝土试样在单轴荷载作用下的破坏过程和裂纹扩展过程进行了数值模拟.
【总页数】5页(P705-708,834)
【作者】吴锋;卓家寿
【作者单位】中交上海三航科学研究院有限公司,上海,200032;河海大学,江苏,南京,210098
【正文语种】中文
【中图分类】TU528.1
【相关文献】
1.塑钢纤维轻骨料混凝土细观破坏过程的数值模拟 [J], 李革;徐泽华;牛建刚
2.钢筋混凝土梁受弯破坏过程的细观数值模拟研究 [J], 王立成;邢立坤;宋玉普
3.含缺陷混凝土细观损伤破坏过程的数值模拟 [J], 姚婷;杜成斌;孙立国
4.混凝土细观损伤破坏过程的数值模拟 [J], 夏晓舟;章青;汤书军
5.混凝土单轴压缩破坏过程的三维细观数值模拟 [J], 党发宁;韩文涛;田威;郑娅娜;陈厚群
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强冲击下钢筋混凝土的计算模型与动力破坏一、1.1 钢筋混凝土结构简介钢筋混凝土结构是一种常见的建筑结构,它由钢筋和混凝土组成,具有很好的抗压、抗拉、抗弯等性能。
在强冲击作用下,钢筋混凝土结构可能会发生严重的动力破坏。
因此,研究钢筋混凝土结构的计算模型和动力破坏机理具有重要意义。
二、2.1 钢筋混凝土结构的损伤模式钢筋混凝土结构的损伤模式主要有两种:脆性断裂和韧性断裂。
脆性断裂是指在外力作用下,结构局部发生快速破裂,导致整个结构的破坏;韧性断裂是指在外力作用下,结构局部发生塑性变形,随着外力的继续作用,结构逐渐发生破坏。
三、2.2 钢筋混凝土结构的动力破坏机理钢筋混凝土结构的动力破坏机理主要包括以下几个方面:一是钢筋混凝土结构的初始损伤;二是外力的持续作用;三是结构内部的应力积累和释放;四是结构的局部屈曲和整体倒塌。
四、2.3 钢筋混凝土结构的计算模型为了研究钢筋混凝土结构的动力破坏机理,需要建立相应的计算模型。
目前,常用的钢筋混凝土结构计算模型有两类:一类是基于弹性理论的计算模型,如弹塑性力学模型;另一类是基于塑性理论的计算模型,如本构关系模型。
五、3.1 钢筋混凝土结构抗冲切性能研究抗冲切性能是衡量钢筋混凝土结构抵抗冲击荷载能力的重要指标。
为了提高钢筋混凝土结构的抗冲切性能,可以采用以下几种方法:一是增加钢筋的截面积;二是改善混凝土的抗冲击性能;三是采用预制构件和连接技术。
六、3.2 钢筋混凝土结构抗震性能研究抗震性能是衡量钢筋混凝土结构在地震作用下抵抗破坏能力的重要指标。
为了提高钢筋混凝土结构的抗震性能,可以采用以下几种方法:一是合理设计结构布局;二是选择合适的减震措施;三是采用加固技术和隔震技术。
七、3.3 钢筋混凝土结构耐久性研究耐久性是衡量钢筋混凝土结构使用寿命长短的重要指标。
为了提高钢筋混凝土结构的耐久性,可以采用以下几种方法:一是选择合适的材料;二是合理设计施工工艺;三是采用防腐和防护技术。
冲击荷载下混凝土破坏过程的数值模拟
张德海;毛苏毅
【期刊名称】《沈阳建筑大学学报(自然科学版)》
【年(卷),期】2008(024)003
【摘要】目的探究冲击荷载作用下混凝土内部真实的破坏机理以及在不同应变率下混凝土强度随应变率的变化规律.方法基于离散单元法,采用细观二维梁-颗粒模型BPM(Beam-Particle Mode in Two Dimensions)模拟了三种不同应变率下混凝土材料的动态响应.结果从混凝土破坏图形可以看出.冲击荷载下混凝土的破坏过程实际上是混凝土内部的原生裂纹的激发、扩展、贯通直至整体结构的破坏.从混凝土应力-应变曲线可以看出.混凝土是率敏感性材料,其峰值应力和应变均随应变率的提高而增大.结论模拟结果和试验结果在达到峰值应力前的曲线基本吻合,说明梁-颗粒模型可以用来模拟混凝土在冲击荷载下的动态破坏,其结果是可靠和准确的.【总页数】4页(P389-392)
【作者】张德海;毛苏毅
【作者单位】沈阳建筑大学,土木工程学院,辽宁,沈阳,110001;沈阳建筑大学,土木工程学院,辽宁,沈阳,110001
【正文语种】中文
【中图分类】TU311.4
【相关文献】
1.冲击荷载下矩形钢管混凝土柱-钢梁节点r受力性能数值模拟 [J], 刘向东;管文强;杜国锋
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ABAQUS混凝土损伤塑性模型的静力性能分析一、本文概述混凝土作为一种广泛使用的建筑材料,在土木工程中占据了重要地位。
然而,混凝土在受力过程中会出现损伤和塑性变形,这对其静力性能产生显著影响。
为了更深入地理解混凝土的力学行为,并对工程实践提供指导,本文将对ABAQUS中的混凝土损伤塑性模型进行详细分析。
本文首先简要介绍了混凝土材料的特性以及其在工程中应用的重要性。
接着,阐述了混凝土在受力过程中的损伤和塑性变形的机制,为后续分析提供理论基础。
随后,重点介绍了ABAQUS中的混凝土损伤塑性模型,包括模型的基本假设、控制方程以及参数的选取。
在此基础上,本文通过实例分析了该模型在静力性能分析中的应用,包括模型的建立、加载过程以及结果的后处理。
本文旨在通过理论分析和实例验证,展示ABAQUS混凝土损伤塑性模型在静力性能分析中的有效性和实用性。
通过本文的研究,读者可以对混凝土的力学行为有更深入的理解,并掌握使用ABAQUS进行混凝土静力性能分析的方法。
这对于提高混凝土结构设计的准确性、优化施工方案以及保证工程安全具有重要意义。
二、混凝土损伤塑性模型理论混凝土作为一种复杂的多相复合材料,其力学行为受到内部微观结构、加载条件以及环境因素等多重影响。
在静力性能分析中,混凝土表现出的非线性、弹塑性以及损伤特性使得对其行为进行准确模拟成为一项挑战。
ABAQUS软件中的混凝土损伤塑性模型(Concrete Damaged Plasticity Model)旨在提供一种有效的工具,用以描述混凝土在静载作用下的力学响应。
混凝土损伤塑性模型是一种基于塑性理论和损伤力学的本构模型,它结合了塑性应变和损伤因子来描述混凝土的力学行为。
在模型中,损伤被视为一种不可逆的退化过程,通过引入损伤变量来反映材料内部微裂缝的扩展和累积。
这些损伤变量在加载过程中逐渐增大,导致材料的刚度降低和承载能力下降。
该模型通过引入两个独立的损伤变量,分别模拟混凝土在拉伸和压缩状态下的损伤演化。
强冲击下钢筋混凝土的计算模型与动力破坏一、1.1 钢筋混凝土结构简介钢筋混凝土结构是一种广泛应用于建筑、桥梁、隧道等领域的结构类型。
它的主要特点是具有良好的抗压、抗拉、抗弯等性能,同时还具有较好的抗震性能。
在强冲击作用下,钢筋混凝土结构可能会出现严重的动力破坏现象,如裂缝、滑移、倒塌等。
因此,研究钢筋混凝土结构的计算模型和动力破坏机理对于提高结构的安全性能具有重要意义。
二、2.1 钢筋混凝土结构的损伤模式钢筋混凝土结构的损伤模式主要包括以下几种:(1)局部裂缝:当结构受到冲击作用时,由于内部应力的集中,可能导致局部区域出现裂缝。
这种裂缝通常是由于结构中的钢筋与混凝土之间的粘结强度不足引起的。
(2)滑移:在强烈的冲击作用下,结构的某些部位可能会发生相对滑动,导致结构的不稳定。
这种滑移通常是由于结构中的钢筋与混凝土之间的粘结强度不足以及结构的刚度不足引起的。
(3)倒塌:当结构的破坏程度达到一定程度时,可能会发生整体倒塌。
这种倒塌通常是由于结构的整体刚度不足以及结构的承载能力不足引起的。
三、3.1 钢筋混凝土结构的计算模型为了研究钢筋混凝土结构的动力破坏机理,需要建立相应的计算模型。
目前,常用的计算模型主要有以下几种:(1)双线性模型:双线性模型是一种简化的计算模型,它将结构划分为若干个单元,并假设单元之间的连接关系是直线型的。
这种模型适用于规则结构的计算分析。
(2)空间模型:空间模型是一种更为复杂的计算模型,它将结构划分为多个空间单元,并考虑了单元之间的连接关系和空间分布。
这种模型适用于非规则结构的计算分析。
(3)有限元模型:有限元模型是一种基于离散化思想的计算模型,它将结构划分为大量的单元,并通过求解线性方程组来近似求解结构的响应。
这种模型适用于复杂结构的计算分析。
四、3.2 动力破坏机理研究方法为了深入研究钢筋混凝土结构的动力破坏机理,需要采用多种方法进行综合分析。
这些方法主要包括以下几种:(1)试验研究:通过对不同冲击条件下的结构进行试验,可以获取结构的损伤过程和破坏特征,从而为理论分析提供依据。
混凝土破坏过程的数值模拟
张德海;邢纪波;朱浮声;杨顺存
【期刊名称】《东北大学学报(自然科学版)》
【年(卷),期】2004(025)002
【摘要】采用梁-颗粒模型BPM2(beam-particle model)模拟了混凝土在单轴受压状态下的破坏过程.在模型中用3种类型梁单元形成混凝土细观数值模型,每种梁单元的力学性质均按Weibull分布随机赋值,以便模拟混凝土细观结构的非均匀性.数值模拟结果显示,混凝土宏观破坏是由于其内部细观裂纹产生、扩展、连接的结果,揭示出混凝土破坏形态随材料性质分布的非均匀性变化而不同.
【总页数】4页(P175-178)
【作者】张德海;邢纪波;朱浮声;杨顺存
【作者单位】东北大学,资源与土木工程学院,辽宁,沈阳,110004;烟台大学,土木系,山东,烟台,264005;东北大学,资源与土木工程学院,辽宁,沈阳,110004;河海大学,土木工程学院,江苏,南京,210098
【正文语种】中文
【中图分类】TU502
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1.动荷载下沙漠砂混凝土破坏过程数值模拟 [J], 王亿颖;周姝航;刘海峰;宋建夏
2.双向往复加载下钢筋混凝土柱破坏过程的数值模拟 [J], 王强;郝中华;宋雪迪;夏菲;高翔;郝露露
3.动荷载下混凝土破坏过程的数值模拟研究 [J], 金乾;韩莉;王重玲
4.动荷载下水泥砂浆和混凝土破坏过程的数值模拟 [J], 韩莉;刘海峰
5.基于FDEM的混凝土开裂破坏过程的数值模拟 [J], 孙秋荣
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复合材料层合板损伤失效模拟分析随着科技的不断发展,复合材料在现代社会中的应用越来越广泛。
其中,层合板作为一种具有优异性能的材料,被广泛应用于航空、航天、汽车等领域。
然而,层合板在服役过程中也存在着损伤失效的问题,对于其损伤失效的模拟分析方法进行研究具有重要意义。
关键词:复合材料、层合板、损伤失效、模拟分析复合材料层合板具有高强度、高刚度、耐腐蚀等优点,因此在各个领域得到了广泛的应用。
然而,其在服役过程中会受到各种载荷的作用,如应力、温度、化学环境等,容易导致损伤失效的问题。
在有些情况下,损伤失效可能引发重大安全事故,因此对复合材料层合板损伤失效的模拟分析方法进行研究,对于提高其服役性能和安全性具有重要意义。
内在因素:主要包括材料的制备工艺、微观结构和组成成分等。
这些因素会影响材料的力学性能和耐久性,如强度、刚度、韧性和耐腐蚀性等。
外部因素:主要包括服役过程中的各种载荷作用、环境条件和服役时间等。
这些因素会影响材料的应力状态和环境适应性,如拉伸、压缩、弯曲和耐高温性能等。
基于力学模型的模拟方法:根据材料的力学性能和外部载荷的作用,建立力学模型,如有限元模型、应力-应变模型等,对材料的损伤失效进行模拟和分析。
基于物理模型的模拟方法:根据材料的微观结构和组成成分,建立物理模型,如分子动力学模型、晶格动力学模型等,对材料的损伤失效进行模拟和分析。
基于经验模型的模拟方法:根据大量的实验数据和经验公式,建立经验模型,如响应面模型、神经网络模型等,对材料的损伤失效进行模拟和分析。
本文介绍了复合材料层合板损伤失效模拟分析的相关内容。
复合材料层合板在服役过程中会受到各种载荷的作用和环境条件的影响,容易导致损伤失效的问题。
为了有效预测和控制其损伤失效,需要建立合适的模拟分析方法。
目前,基于力学模型、物理模型和经验模型的模拟方法已被广泛应用于复合材料层合板的损伤失效模拟和分析中。
这些方法可用来研究材料的内在因素和外部因素对损伤失效的影响,从而为提高材料的服役性能和安全性提供指导。
4.5.2 混凝土和其它准脆性材料的塑性损伤模型这部分介绍的是ABAQUS提供分析混凝土和其它准脆性材料的混凝土塑性损伤模型。
ABAQUS 材料库中也包括分析混凝的其它模型如基于弥散裂纹方法的土本构模型。
他们分别是在ABAQUS/Standard “An inelastic constitutive model for concrete,” Section 4.5.1, 中的弥散裂纹模型和在ABAQUS/Explicit, “A cracking model for concrete and other brittle materials,” Section 4.5.3中的脆性开裂模型。
混凝土塑性损伤模型主要是用来为分析混凝土结构在循环和动力荷载作用下的提供一个普遍分析模型。
该模型也适用于其它准脆性材料如岩石、砂浆和陶瓷的分析;本节将以混凝土的力学行为来演示本模型的一些特点。
在较低的围压下混凝土表现出脆性性质,主要的失效机制是拉力作用下的开裂失效和压力作用下的压碎。
当围压足够大能够阻止裂纹开裂时脆性就不太明显了。
这种情况下混凝土失效主要表现为微孔洞结构的聚集和坍塌,从而导致混凝土的宏观力学性质表现得像具有强化性质的延性材料那样。
本节介绍的塑性损伤模型并不能有效模拟混凝土在高围压作用下的力学行为。
而只能模拟混凝土和其它脆性材料在与中等围压条件(围压通常小于单轴抗压强度的四分之一或五分之一)下不可逆损伤有关的一些特性。
这些特性在宏观上表现如下:•单拉和单压强度不同,单压强度是单拉强度的10倍甚至更多;•受拉软化,而受压在软化前存在强化;•在循环荷载(压)下存在刚度恢复;•率敏感性,尤其是强度随应变率增加而有较大的提高。
概论混凝土非粘性塑性损伤模型的基本要点介绍如下:应变率分解对率无关的模型附加假定应变率是可以如下分解的:是总应变率,是应变率的弹性部分,是应变率的塑性部分。
应力应变关系应力应变关系为下列弹性标量损伤关系:其中是材料的初始(无损)刚度,是有损刚度,是刚度退化变量其值在0(无损)到1(完全失效)之间变化,与失效机制(开裂和压碎)相关的损伤导致了弹性刚度的退化。
浅析混凝土细观力学的研究方法在一般的情况下,根据研究方法与特征尺寸侧重点的不同,将混凝土的内部结构视为细观(meso- level)、宏观(Macro- level)和微观(micro-level)3个层次。
很长一段时间以来,人们对于混凝土的研究主要是集中于在宏观层次展开,对于混凝土构件和材料的损伤以及宏观力学性能的劣化直至破坏全过程的本构关系、机理、计算方法和力学模型都是基于此。
一、基于细观力学的混凝土数值模拟研究方法1、結构仿真分析的思路结构仿真分析需要一些基本的条件,有关材料的物理模型或本构关系,这个一般可以由小尺寸试件的性能试验得到,有效的数值方法,如有限元法、差分法、直接积分法等已经相当的成熟,一般是可以采用的。
丰富的各种视景系统以及丰富的图形显示软件,这方面目前已经相当的丰富,并且发展比较迅速。
2、细观力学基础细观力学是研究材料细观结构对环境因素以及载荷的响应、实效机理、和演化的过程,以及材料宏观力学性能与细观结构的定量关系的一门新兴学科,它是材料科学和固体力学紧密结合的产物。
细观力学将连续介质力学的方法和概念直接的应用到细观的材料构件上,利用多尺度的连续介质力学的方法,引入一些新的内部变量,来说明经过某种统计平均处理的细观特征、微观量的概率分布以及演化。
3、研究方法细观力学将混凝土看作是由硬化水泥胶体、粗骨料以及两者之间的界面粘结带组成的三相非均质的一种复合型的材料。
选择合适的混凝土细观结构模型,在细观层次上划分单元、固化水泥砂浆单、考虑骨料单元以及界面单元材料力学特性的不同,以及简单的破坏准则或者是损伤模型反映单元刚度的退化,利用数值方法来计算模拟混凝土试件的裂缝扩展过程及其破坏形态,这样一般会直观地反映出试件的损伤断裂破坏原理。
二、基于细观力学的混凝土数值模拟研究模型1、随机粒子模型随机粒子模型假定混凝土是由骨料和基质组成的俩种相复合的材料。
在数值模型中,首先需要按照混凝土中实际骨料的粒径分布,在基质中随机地去生成混凝土的非均匀细观结构模型,骨料用一些随机分布刚性的圆形或是球体粒来进行有关的模拟;随后,将混凝土上的两个相(骨料和基质)都划分成三角形的桁架单元,对于位于不同相中的单元赋予相应的材料力学参数,此时每个单元是均匀的等大小的,只能说明一个相。
基于ABAQUS软件的混凝土损伤模型建模研究摘要:通过以混凝土桥墩和装配式框架的模型分析为例,对ABAQUS中C30混凝土建立塑性损伤模型,提供了分析所需数据的计算方法,以及触发失效混凝土元素删除的输入建议。
关键词:有限元分析,混凝土损伤塑性模型,损伤因子1 引言有限元分析软件ABAQUS混凝土损伤塑性模型采用各向同性弹性损伤结合各向同性受拉和受压塑性来替代混凝土的非弹性行为。
这一行为较好的适用于混凝土在复杂荷载下的受力情况,比如循环荷载。
地震的作用类似于循环荷载,是一个不断的加载,卸载的过程,此时就要考虑在这一过程中拉压塑性应变导致的弹性刚度退化以及在这一加载,卸载过程中的刚度恢复和退化。
[1]在地震的作用下,由于混凝土产生微裂缝以及微孔隙,产生应力集中等现象,使得混凝土的微裂缝以及微孔隙不断扩大产生较大裂缝,此时的混凝土并未发生屈服或塑性流动,但是混凝土作为整体的结构已经完全破坏,不能再承担荷载。
经典意义上的“塑性变形”理论无法很好的反应地震中混凝土的特性,因此,建立塑性损伤模型,从而研究地震作用下的混凝土结构[2],对模拟实际情况是具有较高效度的。
2 混凝土损伤定义2.1 受压损伤受压损伤完全是建立在混凝土的变形超出弹性部分时对混凝土模型的定义,这里的损伤是指当加载超出混凝土的弹性范围时,在某一点进行卸载此时混凝土本身会发生开裂或者塑性变形,所以混凝土会受到一定程度上的损伤因此混凝土的刚度会退化,我们需要在ABAQUS模拟这种退化。
用户需要向ABAQUS提供超出弹性部分的受压应力应变数据,并保证其始终为正值[3]。
受压非弹性应变定义为受压总应变减去材料无损伤的弹性应变,,如图1所示。
图 1 受压非弹性应变当数据输入ABAQUS后,非弹性应变转化为塑性应变的过程由式(1)完成[4]。
(1)塑性应变值只能为正值,非弹性应变应始终保持单调递增,如果没遵循上述标准,提交作业后程序会在识别材料属性时中止并报错。