混凝土動力特性的有限元程序設計.pdf

1、混凝土結構在使用過程中不可避免的受到地震、海嘯、沖擊甚至爆炸等動荷載的作用,目前通常采用混凝土材料的靜態(tài)力學性能對結構進行動力分析,然而許多研究表明混凝土材料具有率相關性,混凝土材料的動態(tài)性能和靜態(tài)有明顯的差異,在混凝土結構動力分析時,其材料的動態(tài)性能對結構動力響應的影響不容忽視.然而,在用通用有限元軟件分析時,按照自己提出的混凝土動態(tài)本構模型對結構進行動力計算非常困難.因此,本文自行編制了空間應變率相關動力有限元程序RDDP(Rate

2、-dependentDynamic Program)對之進行實現(xiàn).本文作為河海大學院士學科發(fā)展基金項目"混凝土動力特性及動態(tài)損傷機理研究"(院士基金02-01)的子課題之一,主要進行程序的編制工作,實現(xiàn)能夠反映混凝土動態(tài)性能的動力有限元計算.同時,作為今后數(shù)值仿真的基礎工作,程序能夠通過數(shù)據(jù)交換,利用通用有限元軟件ANSYS進行前后處理.首先,按照已有的混凝土動態(tài)力學性能試驗結果,引入應變率因子對混凝土單軸靜力應力-應變關系進行修正,構

3、造混凝土等效單軸動態(tài)本構模型,利用試驗數(shù)據(jù)進行驗證,為了將模型用于數(shù)值計算,推導了考慮增量型本構關系的增量型動力方程求解格式.詳細介紹了FORTRAN程序設計流程和框圖,利用多種材料模型和加載條件對程序的各模塊進行驗證.最后,利用自編程序對混凝土三彎點梁靜、動態(tài)加載試驗模型進行了數(shù)值計算,與試驗結果進行了比較分析.經過多種模型的驗證和計算,自編程序具有以下特點和功能,為進一步編程打下良好的基礎.1)自編程序能夠進行考慮混凝土應變率效應的

4、空間結構動力有限元計算.2)程序能夠很好的通過數(shù)據(jù)交換利用ANSYS進行前后處理.3)對于多種材料、多種加載方式的靜、動力求解可以在同一程序中進行實現(xiàn).程序中通過多個控制選項,實現(xiàn)各種工況的組合求解.4)程序具有一定的通用性,提供了多個材料模型的選擇,應用靈活,對于各種不同的模型表達式,便于進行修改.通過對三彎點梁試驗模型的計算和分析,得出以下兩點結論:1)構造的混凝土率型本構模型和破壞準則能夠反映出混凝土的強度隨應變率的提高而增加的特