混凝土靜動(dòng)力非線性有限元程序的改進(jìn).pdf

1、混凝土結(jié)構(gòu)在其工作過程中，除了承受正常設(shè)計(jì)荷載外，往往還會(huì)承受一些諸如碰撞、地震甚至爆炸等動(dòng)荷載作用，由于這些荷載的不可預(yù)知性及對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞性，它往往成為控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要因素。利用數(shù)值模擬的研究方法，抓住混凝土材料組成及其力學(xué)性質(zhì)的非均勻性，結(jié)合理論和試驗(yàn)成果，建立宏觀和細(xì)觀相結(jié)合的數(shù)值模型，能夠?qū)炷敛牧系牧W(xué)性能和破壞過程進(jìn)行全面的分析與研究。受國(guó)家自然科學(xué)基金重大研究計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目“西部高拱壩抗震前沿性基礎(chǔ)科學(xué)問題研究”(905

2、10017)和水利部公益性項(xiàng)目(200701004)資助，本課題組自編空間率相關(guān)靜、動(dòng)力有限元程序RDDP(Rate-Dependent Dynamic Program)，以期實(shí)現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)破壞全過程的靜、動(dòng)力分析計(jì)算。 目前，課題組已經(jīng)對(duì)自編的有限元計(jì)算程序進(jìn)行了三次主要的編制、修改與完善。程序已經(jīng)具備了進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)宏觀靜、動(dòng)力分析的基本功能，并繼續(xù)向宏、細(xì)觀相結(jié)合的模擬方法發(fā)展。本文在以下幾方面對(duì)原程序進(jìn)行了改進(jìn)和完善：1

3、)對(duì)弧長(zhǎng)法進(jìn)行深入的研究，采用改進(jìn)的弧長(zhǎng)法進(jìn)行非線性求解，來解決原程序中的弧長(zhǎng)法在求解一元二次方程時(shí)由于無解或無實(shí)根而導(dǎo)致非線性計(jì)算迭代失敗的問題，以便更好的實(shí)現(xiàn)荷載-位移全曲線的迭代計(jì)算； 2)引入優(yōu)先開裂原理，在每一迭代子步的計(jì)算中，只允許一個(gè)積分點(diǎn)開裂，以模擬混凝土開裂的真實(shí)過程； 3)采用蒙特卡羅方法產(chǎn)生滿足給定分布，骨料級(jí)配滿足Fuller曲線的球形骨料顆粒，并投放到試件中去，以在自編程序中實(shí)現(xiàn)混凝土骨料的三維隨機(jī)分布；4)假

4、定混凝土各相材料的力學(xué)參數(shù)服從Weibull分布，產(chǎn)生符合Weibull分布的隨機(jī)數(shù)，進(jìn)而進(jìn)行混凝土力學(xué)參數(shù)的隨機(jī)性模擬；5)采用“基本單元模型”方法進(jìn)行單元?jiǎng)澐?，將三維隨機(jī)分布的骨料顆粒投放到背景網(wǎng)格上，對(duì)各單元的材料屬性進(jìn)行識(shí)別，根據(jù)力學(xué)參數(shù)的隨機(jī)性模擬，賦予各相單元相應(yīng)的材料屬性，完成三維混凝土細(xì)觀模型的有限元網(wǎng)格自動(dòng)剖分；6)編寫和修改了相關(guān)程序，最終完成的程序被命名為RDDP-V3(Rate-Dependent Dynamic