溫度場作用下斷裂過程區(qū)有限元分析研究.pdf

1、帶裂紋體受溫度場和一般荷載共同作用是工程中常見的問題。但由于結構性能和溫度場的模擬都很復雜，目前對于這種情況的研究還很少?；炷敛牧暇哂袠O其復雜的物理力學性能，使結構的性能變得更為復雜。在混凝土裂縫失穩(wěn)擴展前，裂紋尖端存在著一帶軟化特性的、粘結力隨張開位移的增大而減小的斷裂過程區(qū)。在應用有限元方法分析混凝土結構時，通常不考慮斷裂過程區(qū)內混凝土內力的傳遞，而且在混凝土裂縫的處理上，很少采用斷裂力學的方法?；炷两Y構內，它的裂縫可能出現多條

2、，并且裂縫的位置和方向不能預先知道，若用斷裂力學的有限元分析方法是非常復雜的。當前，斷裂力學研究比較多的是單一裂縫的發(fā)展，對于處理成批的裂縫還有許多工作要做。本文引入斷裂過程區(qū)的概念，對帶單一裂縫的混凝土構件在穩(wěn)定溫度場作用下的斷裂問題進行有限元分析，主要研究內容如下： (1)建立帶裂縫混凝土構件模型，把求溫度場對混凝土的作用轉化為求解混凝土的溫度分布和溫度應力。先在混凝土構件的邊界上施加溫度，根據規(guī)定溫度梯度或材料導熱系數計算

3、溫度分布，從而可以求得溫度應力。 (2)由虛擬裂紋模型和Duan-Nakagawa模型可知，裂紋尖端的斷裂過程區(qū)實際上仍然有一定的應力傳遞，會對裂紋擴展產生影響。根據直線形的混凝土拉應變軟化曲線，在斷裂過程區(qū)各節(jié)點上設置無質量、無長度、剛度隨節(jié)點位移呈非線性變化的虛擬彈簧，用彈簧來模擬混凝土斷裂過程區(qū)應力的傳遞。以混凝土的抗拉強度f<,t>和臨界裂紋尖端張開位移(CTOD<,C>)作為控制參數，結合有限元法，對混凝土在溫度場作用

4、下斷裂的全過程進行了模擬。 (3)對大型程序軟件Ansys進行二次開發(fā)，用逐級加載的方式模擬混凝土板構件在溫度場作用下的斷裂過程，得到了構件荷載一位移曲線和裂紋尖端的變化情況，反映了溫度場對裂縫擴展的影響。另外，還對帶一單邊裂紋的簡支梁和兩端固定混凝土梁在穩(wěn)定溫度場作用下裂縫尖端附近的受力情況進行了比較，進一步說明溫度場對有缺陷結構的影響不容忽視。 從帶裂縫混凝土結構斷裂模型建立到有限元分析，本文較為系統(tǒng)的對斷裂過程進行