用非线性弹簧模拟混凝土裂纹扩展的探讨

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1、第43卷第l3期2012年7月人民长江Vo1．43，No．13YangtzeRiverJuly，2012文章编号：1001—4179(2012)13—0066—03用非线性弹簧模拟混凝土裂纹扩展的探讨孙丽丽(运城市水利勘测设计研究院，山西运城044000)摘要：混凝土的拉伸破坏不是完全脆性的，但目前的非线性有限元分析中往往假定其是脆性断裂。若在模拟过程中能够考虑混凝2-的拉伸软化作用，将得到计算精度较高且更符合工程实际的计算结果。以简单计算模型为例，通过MARC软件的二次开发定义非线性弹簧的力学特性，并

2、将其应用于计算模型的裂纹扩展模拟中。计算结果表明，非线性弹簧能够对裂纹扩展进行较好的模拟，且其二次开发较容易实现。另外，试图通过定义非线性弹簧的失效力学特性来考虑混凝土的拉伸软化作用及裂缝的开裂在实际工程应用中仍存在一些问题，如弹簧刚度K的合理取值等，有待于进一步研究。关键词：非线性弹簧；裂缝扩展；拉伸软化；MARC中图法分类号：TV43l文献标志码：A混凝土结构中裂缝的出现、裂缝深度及其裂缝的本文借助MARC软件的二次开发，试图通过定义不完全脆性等特性对结构静动力特性有一定的影非线性弹簧的失效力学特性

3、来考虑混凝土的拉伸软化响。混凝土所承受的拉应力达到抗拉强度后，可作用及裂缝的开裂。通过简单实例计算说明非线性弹能出现微裂缝，但微裂缝间仍能承受一定的拉力。簧在简单裂纹扩展模拟中的应用，并对非线性弹簧在在外荷载作用下，裂缝的张开闭合状态对结构刚度产混凝土裂纹扩展模拟中的应用进行了简单探讨，但在生一定影响，从而影响结构的静动力特性。要想得到实际工程中的具体应用仍存在一些问题，如弹簧刚度精度更高且更符合实际工程的模拟结果，考虑裂缝存的合理取值等问题，有待于进一步研究。在、深度及其拉伸软化特性就显得相当重要。目

4、1非线性弹簧前，在结构有限元非线性分析中，对裂缝起裂、扩展已有一定的研究，如有限元法、无网格法、扩展有限元法非线性弹簧的力与位移关系是非线性的，图1即等，但同时各种方法都存在一定缺陷，使其在工程中的为其力一伸长关系曲线。在工程应用中，通过定义3应用受到一定限制，且都没有很好地考虑混凝土的拉个特征常数C、C：和F。来描述其在具体工程中的力伸软化现象。在有限元法计算中，随着裂缝扩展，需要学特性。不断地调整和再生成有限元网格，由此会产生复杂的前处理工作量并使计算精度受损，不利于工程应用。2算例分析无网格法虽然

5、脱离了单元约束，但仍然存在力学边界2．1计算分析模型条件处理较为困难及计算效率低的缺点。扩展有限元法很大程度上简化了有限元法的前处理工作，已成为计算分析模型如图2所示，底端固定，图中1、2、模拟裂纹扩展等连续一非连续问题的常用方法之一，3、4节点表示非线性弹簧的设置位置，虚线框内接触但是应用其模拟裂纹扩展需要进行二次开发，编写程界面表示裂纹扩展路径。集中力F作用在最左端上序存在一定困难。部节点上，幅值为100N，方向向上。收稿日期：2012—02—14作者简介：孙丽丽，女，助理3-程师，硕士，主要从事水

6、利工程设计等方面的工作。E—mail：ymwxf08l1@126．coin第13期孙丽丽：用非线性弹簧模拟混凝土裂纹扩展的探讨67借助MARC软件的二次开发，通过编写用户子程4544e一00l4．O5le-00l序USPRNG定义非线性弹簧的力学特性，同时在US-3．559e一0013．066e一001PRNG程序中通过UEDINC命令将弹簧1的力一伸长2574e-00l2．081e-00l数据写入过程文件中，据此描制弹簧1的力一伸长关i．589e-00l1．096e一001系曲线。本文定义C=2×10

7、、C2：0、F=50N，即6037e一0021．II2e一002当弹簧所受拉力达到50N时，弹簧的约束力开始减—3．813e一002弱，最后直至断裂。这里按平面应力问题来分析，材料按线弹性考虑，其中E=2．0X10N／m，肛=0．28。图4竖直方向位移云图(单位：Il1)1．709e一001】．476e-0011242c--O011009e-0017753e-0025418e-0023083e一0027．48Ie一002一t．587e一002—3．922e—o02—6．257e一002图5水平方向位：眵

8、云图(单位：111)图1非线性弹簧的力一伸长关系曲线一l2m2m1ll1234IIli。llIl图2计算分析模型图6弹簧1的；一伸长关系曲线2．2计算结果与分析3讨论图3～6分别为本文模型计算的等效VonMises混凝土受拉破坏不是完全脆性的，在其达到抗拉Stress云图、竖直方向位移云图、水平方向位移云图和强度后可能会出现微裂缝，但仍能承受一定的拉应力。弹簧1的力一伸长关系曲线图。从图可以看出，使用瑞典学者Peterson建议用·丁～(应