砌体匀质化过程的数值模拟方法与应用研究

《砌体匀质化过程的数值模拟方法与应用研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、摘要砌体匀质化理论融合离散模型和整体连续模型的优点，对研究砌体结构力学模型至关重要。本文对砌体RVE匀质化过程的数值模拟方法进行分析与研究，得到RVE等效材料特性并将等效参数应用于分析砌体墙片的受力性能。本文主要研究成果如下：阐述了匀质化方法的基本假设、适用条件以及在有限元的实现方法。对匀质化方法的主要研究对象——等效体积单元的概念进行描述，从而说明分析研究RVE得到的等效参数可以推广表达整体的力学性能，为RVE力学模型的研究提供理论依据。考虑RVE各边的应变状态，建立了周期性边界条件，用约束方程推导论述了其在有限元分析中的实现过程。利用python脚本语言编制可用

2、于ABAQUS有限元软件的二次开发程序，在有限元建模时，可实现自动添加周期性边界条件，为砌体RVE在有限元建模的前处理提供有价值的参考。采用ABAQUS软件并运行周期性边界条件python脚本，建立了砌体RVE的三维有限元实体模型，对RVE单轴、双轴、三轴以及剪压等复杂应力条件下的情况进行模拟分析，得到RVE各向受力特性。得到的RVE强度包络图可以说明砌体的破坏可以分为受压破坏、受拉破坏和剪切破坏。根据正交各向异性弹性矩阵计算得到砌体RVE等效弹性模量、剪切模量以及泊松比。对影响RVE弹性力学性质的因素进行分析，结果表明：加载方向、组元选取方式等均对其有一定影响。引

3、入损伤因子，根据弹性余能等效原理对损伤因子取值进行推算，为建立匀质化的宏观损伤模型提供参数。基于ABAQUS软件对砌体墙片建立整体连续模型，采用RVE的等效参数，对试验砌体墙片进行拟静力分析，得到滞回曲线，墙体表现出一定的耗能能力。通过模拟分析可以发现，模拟墙体塑性拉伸应变的分布与试验墙体裂缝的位置较吻合，墙片的延性系数较试验结果偏大。对比分析表明：用匀质化方法建立的整体连续模型不但提供了自由划分网格的优点，同时在一定程度上能够模拟分析砌体墙的整体受力性能，可以采用此法取代部分试验。关键词：砌体结构，匀质化，RVE，非线性，周期性边界条件，有限元，损伤ABSTRAC

4、TThehomogenizationtheoryhasadvantageofdiscreetelementandmacro-continuummodel，whichisimportanttostudyonmechanicalmodel．Accordingtohomogenizationtheory,Numericalsimulationmethodofhomogenizationprocessofmasonryisanalysed．EquivalentmaterialpropertiesofRVEisobtainedandtheresearchofinfluence

5、factorsofwhichisdone．BasedontheequivalentparametersoftheRVE，macro·continuummodelofmasonrywallismodeledandanalysed．Basicassumptionsandapplicable。conditionsofhomogenizationapproachareoverviewedandimplementationmethodsofhomogenizationtechniqueinFiniteelementareelaborated．Withdescribingthe

6、conceptoftherepresentativevolumeelementwhichistheobjectofstudyonhomogenizationapproachandprovingthatRVEcanrepresenttheoverallmechanicalpropertiesofmasonry,thecontentmentionedabovemakestheconceptoftheRVEmoreclear，atthesametine，providetheoreticalbasisforthispaper．Consideringstrainstateon

7、eachsideoftheRVE，periodicboundaryconditionsisestablished，whichconstraintequationinfiniteelementanalysisisdiscussedandsetup．Pythonsubroutineisdevelopedandwithwhichtheperiodicboundaryconditionscanbegeneratedautomaticallywhencreatingfiniteelementmodel．Theworkofthispapermayoffersomerefer