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......
2023-08-26
混凝土损伤演化致结构失效的多尺度模拟与分析
【摘要】：由于材料中的细观缺陷最初是分布式存在的，在低应力区域这些缺陷不发生损伤演化，仅在高应力区域会发生损伤演化。因此，结构中材料层次的损伤是指发生于结构中最不利连接细节局部的损伤演化导致局部材料性能劣化。因此，对结构在服役与极端灾害荷载作用下的结构损伤多尺度跨层次损伤演化过程进行准确模拟与分析，对于保障结构全寿命安全是至关重要的。
当结构中的损伤从最初的材料层次发展到构件层次以后，结构中的易损构件的损伤演化乃至失效是否导致结构层次上的损伤或失效呢？对于大型土木结构而言这是一个亟待研究的问题。构形复杂的现代土木结构一般都是高阶超静定的，材料层次与构件层次上的损伤演化与结构层次上性能劣化之间的关联和影响关系错综复杂；有时非主要构件损伤或局部失效后不一定直接造成结构层次上的失效，而是使得结构中的内力和应力重新分配，导致其时变性能劣化。但结构关键构件中的损伤一旦累积达一定程度且到达结构层次，脆弱的非稳定状态也可能随时被过载造成的损伤“跃进”打破，使得损伤演化从局部细节处的材料层次或构件层次突然上升至上一层次引发灾难。故此结构最终的破坏常常是非常突然的灾难性行为。由此可见，结构损伤演化致失效过程本质上都是跨越材料、构件、结构层次从微／细观到宏观尺度的损伤多尺度、跨层次非线性演化过程。
由第三章损伤表征与量化方法研究结果可见，发生于结构中的材料层次损伤是指材料中先天存在的细观缺陷，在位于结构关键连接部位或高应力（或应力集中的）区域发生的局部的材料损伤演化。由于材料（尤其是混凝土材料）中的细观缺陷最初是分布式存在的，在低应力区域这些缺陷不发生损伤演化，仅在高应力区域会发生损伤演化。因此，结构中材料层次的损伤是指发生于结构中最不利（高应力或应力集区域）连接细节局部的损伤演化导致局部材料性能劣化。当材料层次损伤演化导致连接细节的相关构件的刚度、强度降低，结构中的损伤就已经从材料层次上升到了构件层次。因此，构件层次损伤是指由于损伤演化导致构件刚度、强度或稳定性等力学性能下降。当损伤演化导致构件的某些力学性能丧失（如梁的抗弯能力丧失、受压杆件失稳、构件连接节点成为塑性铰等），结构中就发生了损伤演化导致的构件失效，构件失效必然导致结构力学性能劣化，表明损伤已经从构件层次上升到结构层次。因此，结构层次损伤是指损伤演化导致的结构整体力学性能的显著下降，当结构层次损伤演化和累积到一定程度，结构性失效的风险就很大。
在结构正常服役荷载下的损伤演化通常是漫长的累积过程，但当结构在不同潜在损伤累积状态下遭遇不同类型的极端灾害荷载时，可能导致结构中的损伤演化进程从材料层次到构件层次，或者从构件层次到结构层次的突变。当灾害以后结构回归正常服役荷载下，其损伤演化率又会因之前遭遇的灾害荷载而改变其规律和路径而加速。只有抓住在结构损伤多尺度演化与累积的漫长过程中损伤从低层次向上一更高层次转换的灾变特征，才有可能及时捕捉对于关键构件和结构层次上的灾害有显著影响的损伤由“量变到质变”的突变临界点。因此，对结构在服役与极端灾害荷载作用下的结构损伤多尺度跨层次损伤演化过程进行准确模拟与分析，对于保障结构全寿命安全是至关重要的。
有关结构损伤多尺度模拟与分析的文章
- 详细阅读
-
结构损伤多尺度模拟-结构损伤多尺度模拟与分析详细阅读
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。......
2023-08-26
-
一致多尺度方法基本方程-结构损伤多尺度模拟与详细阅读
但是，与图4.1中不同的是，定义结构中含细观缺陷的易损局部所在空间为ΩL，ΓGL表示结构整体区域与细观局部区域交界处。值得注意的是，在嵌套多尺度方法的空间描述中，易损局部域为ΩGL，该区域具有宏观与细观双重尺度属性，而在这里，易损局部域为ΩL，该区域仅具有细观尺度属性。......
2023-08-26
-
结构损伤多尺度模拟与分析详细阅读
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。......
2023-08-26
-
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。......
2023-08-26
-
结构损伤多尺度模拟与分析的策略详细阅读
图6.31混凝土代表性体元的多尺度模拟示意图细观尺度域Ωmeso：细观分析的子区域，在其代表性体元meso－RVE材料是非均匀的，由骨料、基体、界面层和缺陷组成。在该区域混凝土视为宏观尺度上的均匀材料，耦合混凝土损伤演化方程，并离散为多个trans－RVE。图6.33给出了所发展的混凝土构件损伤跨尺度演化过程的自适应模拟与分析的实施流程图。......
2023-08-26
-
结构损伤多尺度模拟-跨尺度演化规律详细阅读
目前对在疲劳损伤过程中微裂纹成核与扩展问题的研究，大都是在单一尺度下进行。疲劳损伤累积过程中的微裂纹成核与扩展阶段的疲劳损伤过程是一个跨尺度演化行为，在细观尺度下，表现为微裂纹的成核与扩展造成的微观缺陷的增长，在宏观尺度下，表现为微裂纹扩展的群体效应造成宏观疲劳损伤累积和寿命消耗。......
2023-08-26
相关推荐