对这些易损部位就需要考虑材料与结构在细观尺度下存在的细观缺陷及其非连续、非均匀特征进行损伤分析，在这些易损局部的复杂几何构造细节和在内部客观存在的细观缺陷，导致局部热点应力升高、触发损伤演化。分析其组成材料的性能、含量、界面、缺陷等，基于对这些细观构造与缺陷的细观分析结果来确定这些易损部位在宏观尺度下结构模型中的近似于均匀材料的等效性能。......
2023-08-26
结构损伤的多尺度模拟与分析
【摘要】：因此，结构损伤的量化其实已转化为与特定结构构成和内力分配关系相关的求解过程。对于不同类型的结构，有必要针对其特定的构造形式专门研究其结构损伤的量化方法。
如前所述，结构易损局部及其损伤分析体元具有层次跨越和延伸特性，即构件层次下易损局部的确定除了与构件自身构成特征相关之外，还与构件在结构整体承力骨架体系中的受力和承载关系相关，结构层次下的损伤分析体元通常包含构件层次下的易损局部。此外，针对钢架结构损伤的实验研究同样表明：结构损伤演化诱致失效的过程由外荷载和结构各层次下承载能力共同决定，即对应了外荷载和结构承载性能相互作用关系的承载能力特征。因此，可定义结构层次上的损伤变量Dst如下：
式中，
；
Dst——结构层次损伤变量；
fst——结构初始承载能力；
——结构因构件损伤演化丧失的承载能力；
——损伤后的结构有效承载能力。
上述结构层次损伤变量的定义继承了构件层次损伤定义的方法和思路，但是结构层次损伤与构件层次损伤事实上存在一定意义的区别和联系。一方面，在常规服役荷载作用下，结构中的损伤是一个逐步累积并缓慢发展的过程。在材料中的细观损伤萌生并开始演化之后，结构已不再是初始无损状态，严格来讲，结构中的损伤已经发生；但是，由于此时损伤仅发生于很小的局部，对结构整体承载能力和特征响应的影响微乎其微，甚至低于测试误差。从工程角度上看，此刻的结构损伤并无实际意义。另一方面，构件损伤代表了损伤从材料细观到构件宏观的跨越，构件损伤的起点和终点具有明显的尺度特征和起止界限；而对于结构损伤而言，从构件到结构层次的跨越因结构构成复杂程度（包括构件类型、连接方式等因素的影响）的不同而存在差异，这意味着结构损伤不存在绝对意义上的起点，只有当构件损伤演化至足以影响结构层次力学性能之后，结构才发生“工程意义”上的损伤，这表明结构损伤与构件损伤紧密相关。此外，对于钢架结构而言，构件的连接方式对于结构整体力学性能和承载能力特征存在较大的影响，例如，铰性连接无法传递弯矩，而刚性连接则具有一定的刚性特征，这意味着当钢架结构的连接节点发生损伤时，同样将影响结构层次上的损伤状态。按照上述分析，可得到结构层次损伤的量化公式为：
其中，
表示结构中第i个构件体元的损伤；
表示构件连接节点（jt代表joint）损伤；Fst是结构损伤系统化函数。
结构系统化函数与各构件组成结构的构造方式有关，也与在外荷载作用下各构件承载特征与传力路径有关，还包括了节点连接方式的影响。因此，结构损伤的量化其实已转化为与特定结构构成和内力分配关系相关的求解过程。对于不同类型的结构，有必要针对其特定的构造形式专门研究其结构损伤的量化方法。
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2023-08-26
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