结构损伤多尺度模拟与分析：基本方程与计算方法

2025-09-30 理论教育版权反馈

【摘要】：在此基础上，我们可建立材料与结构损伤分析的基本方程，进而进行损伤演化过程的计算分析。如前所述，由于损伤演化过程是从微细观尺度发展到宏观尺度的跨尺度演化过程，结构损伤演化过程分析必然涉及多个尺度间的耦合计算，必须采用多尺度计算方法。而对于不同尺度下的参变量群之间的耦合关系难以忽略的物理现象，就必须在多尺度下进行分析。

在对不同尺度上的材料与结构损伤建立了合理表征与量化方法以后，材料与结构层次上的损伤程度可以按照其损伤特征与演化特性进行量化分析。在此基础上，我们可建立材料与结构损伤分析的基本方程，进而进行损伤演化过程的计算分析。如前所述，由于损伤演化过程是从微细观尺度发展到宏观尺度的跨尺度演化过程，结构损伤演化过程分析必然涉及多个尺度间的耦合计算，必须采用多尺度计算方法。

目前多尺度计算方法大致可分为串行式（Sequential）多尺度算法和并行式（Concurrent）多尺度算法两大类，分别适用于不同的多尺度问题。有些物理现象在不同尺度下的参变量群之间的耦合关系并不那么强烈，对这类问题就可以在单一尺度下进行分析。而对于不同尺度下的参变量群之间的耦合关系难以忽略的物理现象，就必须在多尺度下进行分析。但是，如果大尺度上的变量集合与小尺度上的变量集合之间的耦合关系相对较弱时，小尺度上的变量对大尺度上变量的影响可紧缩成一个或几个参数，这类问题就适合使用串行式多尺度算法。在串行式多尺度分析中，大尺度上的变量参数通过小尺度上的变量计算分析来确定，而在大尺度上变量出现的变化对于小尺度的变量而言，可视作均匀的或者是拟静态的。因此，这类问题的尺度间影响关系是单向的。(https://www.chuimin.cn)

在结构劣化初期阶段，对结构损伤在连续介质尺度范畴内进行多尺度分析时，因为发生在小尺度上的损伤演化对大尺度下的结构响应的影响并不是那么强烈，即不同尺度变量集合间的耦合是比较弱的，小尺度上的变量对上一大尺度变量的影响可紧缩成一个或几个参数来反映，因此可利用串行嵌套式多尺度算法对处于服役初期阶段的结构进行损伤多尺度分析。

结构损伤多尺度模拟与分析：基本方程与计算方法

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