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结构损伤多尺度模拟与分析

【摘要】: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。

在结构响应和损伤分析时,把整体结构组成构件看成是由理想的、连续分布的均匀材料组成;但在某些局部杆件连接处由于自身构造细节特性往往容易发生应力集中,而这些交汇处在通过铆接、焊接等方式连接的时候由于施工质量难以控制而容易形成孔洞、微裂纹等先天缺陷,加剧了该处的应力集中而使之更易于发生损伤。在这些易损部位必须考虑内部缺陷导致的损伤演化,不能再采用理想的、连续分布的均匀材料假设,其原有的弹性和/或塑性本构描述也已经不符合实际情况。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(这里“宏观尺度”是指整体结构单元特征尺度所在的空间尺度)结构模型中的近似于均匀材料的等效性能。因此,结构服役初期的损伤多尺度分析可应用串行嵌套式方法,从细观尺度的应力、应变场出发,建立其局部细观应力、应变场和细观损伤变量的分析模型及其损伤演化规律,研究合适的跨尺度衔接方法获得结构中的易损部位在宏观尺度下的结构响应模型中的等效性能,从而在易损部位可用具有损伤均匀化等效性能的宏观介质代替原非均匀的细观损伤介质用于整体结构响应分析,进而可研究细观缺陷、损伤演化过程等对整体结构力学性能的影响和损伤导致的变形与破坏机理,获得结构关键部位局部细观损伤失效状态与整体结构宏观响应并分析它们之间的关联。