结构损伤一致多尺度分析的关键是在不同尺度的模型衔接起来进行计算，为此首先需要将前述跨尺度界面单元衔接方法引入ABAQUS，按软件指定的格式引入跨尺度界面上须满足的位移约束方程。但是由于K2本身是奇异的，同时计算机有效位数是有限的，α过大会导致系统方程病态而使计算失效。根据所建立的结构一致多尺度模型并通过宏细观变量的跨尺度关联，便可实现结构损伤的并发多尺度计算。......
2025-09-30
钢筋混凝土拉拔损伤演化的多尺度模拟
【摘要】：第一个案例是钢筋混凝土拉拔构件损伤演化致拉拔失效过程分析。在拉拔力－位移曲线的线性段，构件中靠近钢筋处只有部分局部发生损伤，其后钢筋附近的细观损伤区域越来越多，当拉拔力达到峰值（F点）以后，钢筋两侧已经都发生损伤，随着拉拔位移增加、损伤值不断增加达到脱粘阈值，导致拉拔力不断下降直至拉拔失效。
第一个案例是钢筋混凝土拉拔构件损伤演化致拉拔失效过程分析。利用前述的基于材料细观构造图像的混凝土细观损伤模型建立方法，重建了钢筋混凝土粘结部位的细观模型，如图6.34所示。
图6.34 基于图像的钢筋混凝土构件的细观损伤模型（彩图见附录）
利用图6.34的模型对钢筋混凝土构件在拉拔过程中的细观损伤演化进行数值模拟。模拟得到的拉拔力－位移曲线如图6.35所示，将模拟结果与实验获得的曲线进行对比，结果显示对钢筋混凝土构件拉拔过程的数值模拟可以很好地反映钢筋混凝土构件的宏观力学性能退化的行为。
图6.36给出在如图6.35所示的拉拔力－位移曲线上从A，B，…，L的不同状态下拉拔构件的细观损伤分布情况。由该图可见，应用混凝土细观损伤模拟方法，不仅可模拟构件宏观的拉拔性能劣化行为，同时还可以获得与拉拔性能劣化状态所对应的构件中的细观损伤演化情况。在拉拔力－位移曲线的线性段（状态点A～C），构件中靠近钢筋处只有部分局部发生损伤，其后钢筋附近的细观损伤区域越来越多，当拉拔力达到峰值（F点）以后，钢筋两侧已经都发生损伤，随着拉拔位移增加、损伤值不断增加达到脱粘阈值，导致拉拔力不断下降直至拉拔失效。
图6.35 模拟和实验得到的拉拔力－位移曲线(https://www.chuimin.cn)
图6.36 钢筋混凝土拉拔过程中的细观损伤分布图（彩图见附录）
图6.37给出了构件拉拔过程中细观裂纹萌生、扩展、连接，最后发展到宏观裂纹的过程，其中每个小图分别给出在图6.35给出的拉拔力－位移曲线上A，C，D，E，F，…，L状态时的裂纹分布情况。由该图可见，在拉拔力－位移曲线的线性段（状态点A～C），构件中靠近钢筋处只有很少的细观裂纹，其后钢筋附近的细观裂纹越来越多，当拉拔力达到峰值（F点）以后，钢筋左侧几乎遍布细观裂纹，随着拉拔位移增加，钢筋两侧都遍布细观裂纹并且扩展、连接为宏观裂纹，导致拉拔力不断下降直至拉拔失效。
图6.37 拉拔过程中细观裂纹萌生及扩展过程（彩图见附录）
需要指出的是，构件中钢筋左侧混凝土的损伤（图6.36）和裂纹（图6.37）都明显的先于钢筋右侧的发生，这主要是由两个原因造成的：其一，钢筋左右两侧的混凝土各细观组分尤其是粗骨料的分布并不是对称的，具有各自无序非均匀的细观组分，在本案例的数值试样中，明显是钢筋左侧的粗骨料多于右侧。其二，拉拔案例构件的原型中钢筋本身是略微向左侧倾斜的。由此可见，如果不考虑混凝土内部真实的细观组分构造及其分布，是难以捕捉到和解释以上现象的。上述钢筋混凝土构件拉拔损伤演化致拉拔失效过程中的数值模拟结果，不仅可以很好地描述拉拔过程中钢筋混凝土构件的宏观力学性能退化的行为，而且还可以从细观尺度模拟粘结界面缺陷导致的细观损伤演化的过程，很好地揭示了细观损伤演化导致构件拉拔性能退化的机理。
相关文章
- 详细阅读
-
结构损伤多尺度模拟与分析：混凝土损伤特征与演详细阅读
构件受力后，钢筋和混凝土之间有相对滑移趋势时，产生摩阻力。这个过程就是钢筋混凝土粘结界面的损伤演化过程。现行钢混结构设计理论大多是基于平截面假定进行的，这隐含着钢筋和混凝土这两种性质截然不同的材料粘结良好，以确保二者变形协调。保障钢筋和混凝土的粘结良好是确保钢混结构安全的重要条件之一。图2.44钢筋与混凝土粘结失效引发的结构破坏......
2025-09-30
- 详细阅读
-
多尺度模拟与分析：钢筋混凝土粘结界面损伤研究详细阅读
，I九个小图是钢筋与混凝土的有效粘结范围内的界面细观损伤状态，分别对应粘结性能系数与自由端滑移曲线中的A～I九个宏观性能状态点。......
2025-09-30
-
结构损伤多尺度模拟：分形概念详细阅读
分形维数可对此类自相似现象的整体特性提供数学描述。分形研究的对象是具有不规则性和自相似性的无序系统，定量描述这种自相似性的参数是分形维数，分形维数的变化是连续的。可以用分形维数来表征广泛存在于自然界的一类无序、复杂、奇异客体。......
2025-09-30
-
混凝土材料细观损伤演化过程模拟的基本方程在结详细阅读
在基于材料细观构造图像建立了混凝土细观模型以后，还需要确定计算混凝土材料细观损伤演化过程的基本方程，包括由混凝土各细观组分材料性能决定的材料刚度矩阵计算、各细观组分材料的损伤演化率等。对于大尺寸的混凝土土木工程结构，则必须发展损伤跨尺度演化过程的自适应模拟与分析方法。......
2025-09-30
-
结构损伤多尺度模拟与分析验证详细阅读
在考虑材料损伤演化与失效过程的有限元分析中，损伤演化方程与结构平衡方程、几何方程、物理方程一起，构成基本方程组。目前耦合损伤的有限元计算方法主要有：全解耦方法。本章在上一章对两种多尺度方法基本理论介绍的基础上，分别阐述了两种多尺度分析方法在有限元计算软件ABAQUS中实施的算法流程与具体步骤，并通过算例分析以验证两种损伤多尺度分析方法各自的有效性和可行性。......
2025-09-30
-
结构损伤的多尺度模拟与分析详细阅读
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。......
2025-09-30
相关推荐