混凝土靜動力非線性有限元程序的改進.pdf

1、混凝土結(jié)構(gòu)在其工作過程中，除了承受正常設(shè)計荷載外，往往還會承受一些諸如碰撞、地震甚至爆炸等動荷載作用，由于這些荷載的不可預(yù)知性及對結(jié)構(gòu)的破壞性，它往往成為控制結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要因素。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)合理論和試驗成果，建立宏觀和細觀相結(jié)合的數(shù)值模型，能夠?qū)炷敛牧系牧W(xué)性能和破壞過程進行全面的分析與研究。受國家自然科學(xué)基金重大研究計劃重點項目“西部高拱壩抗震前沿性基礎(chǔ)科學(xué)問題研究”(905

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

3、)對弧長法進行深入的研究，采用改進的弧長法進行非線性求解，來解決原程序中的弧長法在求解一元二次方程時由于無解或無實根而導(dǎo)致非線性計算迭代失敗的問題，以便更好的實現(xiàn)荷載-位移全曲線的迭代計算； 2)引入優(yōu)先開裂原理，在每一迭代子步的計算中，只允許一個積分點開裂，以模擬混凝土開裂的真實過程； 3)采用蒙特卡羅方法產(chǎn)生滿足給定分布，骨料級配滿足Fuller曲線的球形骨料顆粒，并投放到試件中去，以在自編程序中實現(xiàn)混凝土骨料的三維隨機分布；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分布的隨機數(shù)，進而進行混凝土力學(xué)參數(shù)的隨機性模擬；5)采用“基本單元模型”方法進行單元劃分，將三維隨機分布的骨料顆粒投放到背景網(wǎng)格上，對各單元的材料屬性進行識別，根據(jù)力學(xué)參數(shù)的隨機性模擬，賦予各相單元相應(yīng)的材料屬性，完成三維混凝土細觀模型的有限元網(wǎng)格自動剖分；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