三向应力状态下高性能混凝土内时损伤本构模型研究探究

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1、三向应力状态下高性能混凝土内时损伤本构模型研究探究【摘要】本文采用了内时理论与损伤力学相结合的混凝土内时损伤本构模型，该模型的优点在于混凝土的弹塑性特性由内时理论描述，而微裂缝由损伤力学来描述，前者使本构模型摆脱了一般弹塑性模型中的屈服面的概念，从而使模型的参数大大减少，应用到实际工程中更加简便。【关键词】高性能混凝土；三向应力；内时损伤随着混凝土的广泛应用，对混凝土本构关系的研究也取得了许多成果，各种混凝土本构模型不断被提出，但是这些模型彼此之间差异较大、各有优缺点，而且适用于普通混凝土的本构理论对高性能混凝土不一定

2、适用，因此很有必要对高性能混凝土的本构关系展开研究。本文指出了研究三向应力状态下高性能混凝土本构关系的意义，为高性能混凝土的应用提供了一定的理论基础，有助于提高工程技术人员对高性能混凝土内部组份之间作用机理的认识，同时可为进一步研究混凝土在多轴应力作用下的力学性能提供参考。1、内时损伤本构模型的建立1.1引入损伤变量的内时本构方程(1)内蕴时间ValanisEl］应变空间的度量张量采用的是一个和材料性质相关的四阶正定张量。即使应变状态完全相同，但对于不同材料应变路径上的距离变化仍是不同的。这样Valanis就在应变空间

3、中定义了一条与材料性质及其变化密切有关的“记忆路径”，因而塑性变形下应力响应的路径依赖性质或历史依赖能够通过内蕴时间标度来加以描述。在理论和试验数据分析的基础上，Bazant［4］对Valanis的内蕴时间关系式进行了简化,Bazant认为=^0因此取==0；由于混凝土材料的塑性体积应变主要受内部微裂缝的影响，当把微裂缝影响看作损伤问题分离出来后，混凝土的塑性体积应变就可忽略不计，且塑性偏应变与塑性体积应变在形成广义内摩擦力时的相互影响也可不考虑，所以可认为===0o（2）内时本构方程耗散型材料本构方程的形式不变性定律

4、［5］：如果能够恰当地定义某些内蕴时间标度Z以使得广义内摩擦力正比于相应的内变量对Z的变化率，那么所研究的耗散材料的本构方程的形式将与内摩擦力正比于相应内变量速率的粘弹性材料的本构方程形式完全一样。（3）混凝土损伤变量的定义将混凝土的裂缝看作是损伤问题，并将损伤和非损伤从混凝土中分离出来，那么非损伤部分实质上就相当于混凝土的完全“紧密”状态。对于损伤部分则通过采用损伤变量引入损伤本构理论，而非损伤部分则依然服从弹塑性内时本构关系。(4)引入损伤变量的混凝土内时弹塑性关系式采用等效应变假设，认为在结构内任一点，对应于名义

5、应力与有效应力的应变相等，都为。将内蕴时间模型中及用损伤定义中的有效应力、代替，即得含有效应力的内时弹塑性关系式。1.2混凝土损伤变量的确定损伤变量、的确定采用大连理工宋玉普［6-7］给出的表达式：当＞0时，；式中：的微分。1.3增量形式的内时损伤本构模型将式及写成增量形对于＞0的情况，由得对于W0的情况，由将的表达式分别代入上两式，得当＞0时，二当W0的情况，2、内时损伤本构模型的有限元实施本文采用损伤理论和内蕴时间理论相结合的内时损伤理论，基于虚功原理运用计算机编制了非线性有限元程序，下面是计算的具体步骤。矩阵形式

6、的增量方程(1)式中：为应变矩阵；为矩阵转置符号，为微元体积,为等效节点力增量列阵，用单元节点位移表示式中的应变增量，并代入式（1）得到（2（3式中为虚拟塑性力矩阵（4）式中的计算分两种情况：当±0时，按式计算；当