基于FEMDEM的斜坡堤護(hù)面塊體破壞的數(shù)值模擬.pdf

1、斜坡式防波堤是近海沿岸工程中常用的防浪結(jié)構(gòu)物，人工塊體護(hù)面斜坡堤是其中重要的一種型式。護(hù)面塊體為混凝土準(zhǔn)脆性材料，預(yù)制過程中存在一些連接部位較弱的現(xiàn)象，且在外荷載作用下易發(fā)生諧振、搖滾、坍塌補(bǔ)位、脫位撞擊等導(dǎo)致混凝土拉應(yīng)力及壓碎破壞。目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于斜坡堤穩(wěn)定性及破壞的研究基本上依據(jù)物理模型試驗(yàn)，關(guān)于精細(xì)模擬護(hù)面塊體破壞的研究尚不多見，因此開展塊體間動(dòng)力荷載下的變形、應(yīng)力變化以及裂縫斷裂破壞的工作具有重要的意義。
　　本文首先驗(yàn)證了

2、用于解決固體斷裂破碎的數(shù)值方法FEMDEM核心部分的接觸檢索法Munjiza-NBS的高效性，通過算例對(duì)其CPU執(zhí)行時(shí)間、RAM占用大小兩方面進(jìn)行了考察。通過可視化的計(jì)算機(jī)繪圖技術(shù)和非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格生成程序EasyMesh建立起了塊體、斜坡模型庫，采用AutoCAD圖形交換DXF格式文件編制了接口程序?qū)崿F(xiàn)了塊體破壞過程的計(jì)算機(jī)可視化。利用FEMDEM方法模擬了沖擊荷載下四點(diǎn)對(duì)稱支撐素混凝土梁的動(dòng)力響應(yīng)，并采用有限元軟件ABAQUS驗(yàn)證該問題

3、應(yīng)力分布及應(yīng)力值大小，對(duì)梁的撓度曲線進(jìn)行了對(duì)比分析;對(duì)四點(diǎn)對(duì)稱支撐梁采用獨(dú)立結(jié)點(diǎn)編號(hào)，基于虛擬裂縫模型模擬了梁裂縫形成擴(kuò)展及斷裂破壞過程，并通過圖形后處理對(duì)比分析了該計(jì)算結(jié)果和混凝土拉伸破壞過程。
　　上述工作的基礎(chǔ)上，開展了斜坡堤護(hù)面塊體相互作用的幾個(gè)FEMDEM數(shù)值算例的工作，討論了四角空心塊體間接觸碰撞的應(yīng)力分布及應(yīng)力值大小、規(guī)則擺放的混凝土塊體在斜坡上滑移碰撞過程中的拉壓應(yīng)力峰值較為集中的區(qū)域、給定相當(dāng)速度的塊體間撞擊的斷

4、裂破壞和壓碎破壞過程。對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了分析比較，總結(jié)了塊體裂縫形成及擴(kuò)展趨勢(shì)。
　　對(duì)護(hù)面塊體的碰撞應(yīng)力、裂縫形成以及斷裂破壞過程模擬的計(jì)算結(jié)果表明:斷裂破壞通常在外邊界轉(zhuǎn)角處發(fā)生拉應(yīng)力破壞、在頂點(diǎn)處易發(fā)生壓碎破壞;裂縫通常由邊界轉(zhuǎn)角處形成并由內(nèi)向外朝著邊界轉(zhuǎn)角處擴(kuò)展，甚至發(fā)生貫穿的斷裂破壞。FEMDEM方法將模擬結(jié)構(gòu)應(yīng)力和變形的有限元法和能夠計(jì)算單元間接觸力并跟蹤結(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的離散單元法結(jié)合起來，有效地模擬連續(xù)介質(zhì)向非連續(xù)介質(zhì)轉(zhuǎn)化的