基于損傷能釋放率的混凝土彈塑性損傷本構(gòu)模型及其在結(jié)構(gòu)非線性分析中的應(yīng)用.pdf

1、在詳細(xì)研究了國(guó)內(nèi)外混凝土本構(gòu)建模工作基礎(chǔ)上,基于不可逆熱動(dòng)力學(xué)和內(nèi)變量理論,利用連續(xù)損傷力學(xué)和有效應(yīng)力空間塑性力學(xué),本文建立了完整意義上的混凝土彈塑性損傷本構(gòu)模型,并將其應(yīng)用于結(jié)構(gòu)的靜力和動(dòng)力損傷非線性分析.其主要內(nèi)容分為以下幾個(gè)部分:1.考慮到建模需要,第二章中簡(jiǎn)要介紹了連續(xù)損傷力學(xué)的理論基礎(chǔ)和本構(gòu)模型應(yīng)滿足的基本力學(xué)原理.然后,從不可逆熱動(dòng)力學(xué)基本原理出發(fā),推導(dǎo)了單標(biāo)量彈塑性損傷模型的基本公式,給出了建立損傷本構(gòu)模型應(yīng)遵循的基本步驟

2、.2.在第三章中,采用受拉損傷變量和受剪損傷變量并基于有效應(yīng)力張量分解,定義了材料的彈性自由能,得到了含內(nèi)變量的混凝土彈塑性損傷本構(gòu)關(guān)系.然后,基于有效應(yīng)力空間塑性力學(xué),推導(dǎo)了材料的彈塑性自由能和損傷能釋放率的顯式表達(dá)式,得到了損傷準(zhǔn)則以及損傷變量和塑性變形的演化法則,建立了混凝土的理論彈塑性損傷本構(gòu)模型.在此基礎(chǔ)上,考慮到工程實(shí)用性的需要,對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)化,給出了塑性變形的經(jīng)驗(yàn)表達(dá)式,建立了混凝土的經(jīng)驗(yàn)彈塑性損傷本構(gòu)模型.需要指出的是,彈

3、塑性損傷本構(gòu)模型中的參數(shù)均可以根據(jù)素混凝土標(biāo)準(zhǔn)材料試驗(yàn)加以標(biāo)定.最后,考慮到非線性數(shù)值分析時(shí)采用增量迭代法的需要,推導(dǎo)給出了彈塑性損傷本構(gòu)模型的率本構(gòu)方程和相應(yīng)的材料切線剛度張量.3.在第四章中,針對(duì)理論彈塑性損傷本構(gòu)模型,首先將塑性變形和損傷演化解耦,建立了彈性預(yù)測(cè)-塑性修正-損傷修正的operator-split數(shù)值方法,并發(fā)展了一類主應(yīng)力空間的譜分解回映算法(spectral decomposition-based return-

4、mapping algorithm),大大提高了有效應(yīng)力和塑性變形的計(jì)算效率.4.基于上述模型及其數(shù)值實(shí)現(xiàn)算法,在第五章中編制了混凝土結(jié)構(gòu)的彈塑性損傷非線性分析程序,并對(duì)素混凝土材料和結(jié)構(gòu)試驗(yàn)進(jìn)行了數(shù)值模擬,驗(yàn)證了本模型的有效性.5.在第六章中,考慮鋼筋和混凝土之間的相互作用對(duì)上述素混凝土彈塑性損傷本構(gòu)模型參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定,并將其應(yīng)用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的靜力損傷非線性分析,對(duì)包括板、梁和剪力墻在內(nèi)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行了數(shù)值模擬.6.考慮到土木