浅析内聚单元模型在混凝土断裂数值模拟中的应用

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1、西北工业大学硕士学位论文内聚单元模型在混凝土断裂数值模拟中的应用姓名：虞青俊申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：吴子燕20030301西北工业大学·2003·硕士学位论文摘要对于断裂的数值模拟一直是一个难点问题，无论在一般固体领域，还是在混凝土结构中。尤其是对于动态断裂问题，其数值模拟更是困难。新近得到广泛运用的内聚单元模型是专门为断裂数值计算而提出来的。内聚模型理论中，断裂认为是一个渐变过程——初始裂纹两侧的分离受到内聚力的阻挠，内聚力与张开量是由内聚关系确定的。内聚模型作为一个完全的断裂理论

2、，不被任何材料特性、有限运动、非比例载荷、动力学或是试件的几何尺寸所限制。己证实此理论对复杂的断裂过程的模拟是有效的，包括：脆性材料的断裂、韧性材料的动态断裂和破碎、混凝土的动态Bazilian测试等等。本文主要对内聚模型在混凝土断裂数值模拟中的应用做了一些讨论，并推导出了一种简单的二维六结点等参内聚单元，并用Fortran语言编写了含有内聚单元的有限元程序对混凝土切口梁的断裂过程进行了计算。计算结果表明，此方法对于混凝土材料是适用的。关键词：内聚单元，数值模拟，断裂，内聚关系，混凝土垦些三、业茎堂：

3、!!塑：堡主堂焦堡茎AbstractNumericalsimulationofconcretefractureisachallengingtopic．Concretecrackhasinimportanteffectonconcretestructure，SOitiscriticaltothecalculationofconcretecrackproperly,especiallyindynamicproblem．Cohesiveelementmodelisregardedas越effectiveto

4、oltosolvethefracturecalculation．Inthecohesivetheory,fractureisregardedasagradualprocessinwhichtheseparationoftheincipientcrackflanksisresistedbycohesivetractions．Therelationbetweenthecohesivetractionsandtheopeningdisplacementsisgovernedbyacohesivelaw．Co

5、hesivemodelsfinnishacompletetheoryoffracturethatisnotlimitedbyanyconsiderationofmaterialbehavior,finitekinematics，non-proportionalloading，dynamics，orthegeometryofthespecimen．Thecohesivetheoryhasprovedeffectiveinthesimulationofcomplexfractureprocessesinc

6、luding：thefragmentationofbrittlematerials；dynamicfractureandfragmentationofductilematerials；andthedynamicBraziliantestforconcrete．Inthispapertheintroductionoftheusecohesiveelementinconcretestructureisgiven，andakindof2-Disoperimetriccohesiveelementisdedu

7、ced．ThefractureprocessofconcretenotchbeamiscalculatedbyFortranprogramming．Theresultshowsthatthemethodisfeasible．Keyword：cohesiveelement，numericalsimulation，fracture，cohesivelaw,concrete晒北■业大学·2003·硕士学位论文1．研究背景绪论在国防军事运用上，飞机机场水泥混凝土道面在飞弹撞击下的动态损伤和侵彻机制，是一个很重

8、要的问题。进行理论分析和数值实验模拟，为实弹射击提供指导，其研究结果对研究飞弹破坏敌方高层建筑、地下工事和道路的水泥混凝土结构具有一定的现实意义。混凝土是一种复合材料，由粗骨料和连续基质组成，基质由水泥浆和细砂粒的混合物组成。它的物理性质相当复杂，主要由复合体的结构决定，如水灰比、水泥和粗骨料的比例、粗骨料的形状和大小以及水泥的品种。然而混凝土材料由于其自身诸多的优点，广泛应用于许多重要结构工程，像近海平台、反应容器、核控制结构物和飞机跑道等等。人们对于