导　　师： 吴建营

授予学位： 硕士

作　　者： ;

机构地区： 华南理工大学

摘　　要： 裂缝扩展是导致混凝土结构破坏的重要诱因。随着裂缝萌生、扩展和演化,混凝土会出现强度软化、刚度退化等力学性能劣化的现象。正确描述裂缝的非线性演化不仅有利于进行精细化设计,而且有助于准确评估既有结构的耐久性和安全性,对全面掌握混凝土结构全生命周期性能具有重要的工程意义。物理试验、理论分析和数值模拟是揭示混凝土全过程破坏规律的三种主要方法,三者优势互补,相辅相成。数值模拟方法具备可重复性高、消耗低等特点,逐渐成为混凝土损伤与破坏全过程分析的重要手段。正确描述裂缝空间位置,并客观反映裂缝引起的不连续位移跳跃是混凝土全过程破坏模拟的关键。针对这两个方面,本文选取扩展有限元和塑性损伤模型这两种具有代表性的混凝土裂缝数值模拟方法进行对比分析。通过对大量混凝土标准验证性试验进行数值模拟,验证两种方法的有效性并探讨其适用性,并进一步探讨总结两种方法各自的优缺点,从而为后续研究奠定基础。一方面,塑性损伤模型将带裂缝固体仍视作连续介质,用基于塑性力学和损伤力学的本构理论描述裂缝引起的力学性能劣化。塑性损伤模型概念简单、应用方便,其数值模拟结果存在严重的网格方向敏感性问题,会给出错误的裂缝路径和虚假的结构破坏模式,导致其全局承载力结果失真。另一方面,扩展有限元是典型的强不连续方法,通过对解空间进行富集从而反映不连续变形模式,具有较高的局部应力和应变精度。在选用了合适的裂缝演化准则的情况下,扩展有限元方法得到的裂缝路径较为准确,同时具有较高的粗网格精度,并且不存在应力锁死导致的分析结果失真问题。通过对比研究发现,裂缝路径的准确预测对两种数值分析方法的模拟结果均有重要影响。特别的,对于塑性损伤模型,网格�

关 键 词： 混凝土 损伤与破坏力学 塑性损伤模型 扩展有限元方法 网格方向敏感性 裂缝演化准则 应力闭锁

领　　域： []