本文關(guān)鍵詞：基于SBFEM的混凝土細(xì)觀均勻化和粘性斷裂模擬

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【摘要】：混凝土是一種非均質(zhì)多相復(fù)合材料,由砂漿、骨料和空隙組成,其整體力學(xué)特性和損傷斷裂行為由其組分在微、細(xì)觀尺度下的隨機(jī)分布、材料特性和界面性能決定。微、細(xì)觀實(shí)驗(yàn)研究較為困難,數(shù)值模擬因而成為混凝土細(xì)觀力學(xué)研究的重要方法。比例邊界有限元方法(SBFEM)是近些年新興的一種綜合了有限元(FEM)和邊界元方法(BEM)的優(yōu)點(diǎn)的半解析計算方法,它將求解域劃分為若干子域,和邊界元一樣,僅對子域的邊界進(jìn)行離散,模擬維度降低一維,使得自由度大大減少；而和FEM一樣,不需要邊界元的基本解；其子域內(nèi)位移和應(yīng)力的半解析性質(zhì),又保證了結(jié)果的高精度。本文針對混凝土細(xì)觀結(jié)構(gòu)的幾何特性,提出了兩個基于隨機(jī)骨料模型和SBFEM的數(shù)值模擬算法。首先建立混凝土二維隨機(jī)骨料模型,然后將砂漿進(jìn)行Delaunay三角網(wǎng)格化,并采用Thiessen方法生成全SBFEM多邊形網(wǎng)格,將此方法應(yīng)用于細(xì)觀均勻化分析。和FEM相比,在計算平均應(yīng)力時,由于多邊形數(shù)量少,且徑向采用解析積分,這樣既提高了計算效率,又保證了結(jié)果的精度。該算法已在MATLAB中成功實(shí)施,并針對典型算例采用有限元軟件ABAQUS成功地進(jìn)行了對比驗(yàn)證。在第二個算法中,在砂漿中劃分三角單元并采用FEM模擬,而骨料采用SBFEM多邊形模擬；在砂漿之間的界面和骨料-砂漿界面均預(yù)設(shè)粘性界面單元,模擬混凝土中復(fù)雜非線性多裂縫擴(kuò)展過程。和FEM相比,由于骨料沒有進(jìn)行離散,此算法大大降低了自由度和計算成本。
【關(guān)鍵詞】：比例邊界有限元法 混凝土 均勻化 耦合方法 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TU528
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 1 緒論11-20
• 1.1 研究背景11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-18
• 1.2.1 混凝土數(shù)值模擬方法簡介11-14
• 1.2.2 混凝土細(xì)觀模型的建立14-16
• 1.2.3 均勻化處理方法16-17
• 1.2.4 混凝土斷裂模擬17-18
• 1.3 本文的主要工作及創(chuàng)新點(diǎn)18-20
• 1.3.1 本文主要工作18-19
• 1.3.2 本文創(chuàng)新點(diǎn)19-20
• 2 基于虛功原理的比例邊界有限元法20-31
• 2.1 比例邊界有限元法簡介20-21
• 2.2 SBFEM控制方程的建立21-26
• 2.3 比例邊界有限元位移方程的求解26-31
• 3 混凝土二維細(xì)觀結(jié)構(gòu)的生成31-41
• 3.1 引言31
• 3.2 多邊形骨料的確定31-36
• 3.2.1 各級配區(qū)間骨料面積的確定31-32
• 3.2.2 骨料的生成及定位32-36
• 3.3 多邊形骨料間相互位置的判定36-37
• 3.4 孔洞的模擬37-38
• 3.5 生成混凝土多邊形隨機(jī)骨料模型全過程38
• 3.6 數(shù)值算例38-39
• 3.7 本章小結(jié)39-41
• 4 混凝土細(xì)觀模型網(wǎng)格的建立41-51
• 4.1 引言41
• 4.2 砂漿中網(wǎng)格的建立41-46
• 4.2.1 混凝土區(qū)域內(nèi)的取點(diǎn)43-45
• 4.2.2 網(wǎng)格的生成45-46
• 4.3 多邊形網(wǎng)格的建立46-50
• 4.4 本章小結(jié)50-51
• 5 均勻化理論及程序?qū)嵤?/span>51-75
• 5.1 均勻化理論51-53
• 5.1.1 非均質(zhì)材料的控制方程51-52
• 5.1.2 非均質(zhì)材料均勻化52-53
• 5.2 混凝土二維均勻化理論53-58
• 5.2.1 二維混凝土控制方程53-54
• 5.2.2 等效材料參數(shù)的計算54-58
• 5.3 混凝土隨機(jī)骨料模型的均勻化分析58-73
• 5.3.1 應(yīng)力積分的處理58-59
• 5.3.2 混凝土均勻化算例59-73
• 5.4 本章小結(jié)73-75
• 6 混凝土非線性斷裂模擬的SBFE-FE耦合算法75-89
• 6.1 引言75
• 6.2 裂縫模型的建立75-81
• 6.2.1 粘性裂縫模型75-76
• 6.2.2 粘性界面單元剛度矩陣的建立76-78
• 6.2.3 粘性界面單元的插入78-81
• 6.3 SBFE-FE耦合計算方法81-83
• 6.3.1 整體剛度矩陣的建立81-82
• 6.3.2 非線性求解方法82-83
• 6.4 單向拉伸算例83-86
• 6.5 結(jié)果分析與討論86-88
• 6.6 本章小結(jié)88-89
• 7 結(jié)論與展望89-91
• 7.1 研究結(jié)論89-90
• 7.2 研究展望90-91
• 參考文獻(xiàn)91-100
• 作者簡歷100
• 攻讀碩士學(xué)位期間的研究成果100

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 ;FINITE ELEMENT MODELLING OF COMPLEX 3D STATIC AND DYNAMIC CRACK PROPAGATION BY EMBEDDING COHESIVE ELEMENTS IN ABAQUS[J];Acta Mechanica Solida Sinica;2010年03期

2 ;Application of scaled boundary finite element method in static and dynamic fracture problems[J];Acta Mechanica Sinica;2006年03期

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本文編號：766199