基于能量等效的混凝土结构疲劳断裂仿真分析方法

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1、学兔兔www.xuetutu.com2010年第3期(总第245期J混凝土理论研究Number3in2010(TotalNo．245)ConcreteTHEORETICALRESEARCHdoi：10．39690．issn．1002—3550．2010．03．008基于能量等效的混凝土结构疲劳断裂仿真分析方法朱劲松(天津大学建筑工程学院，天津300072)摘要：为了实现混凝土结构损伤一断裂的全过程分析，推导疲劳裂纹扩展与疲劳损伤区演化之间的耗散能等效关系，将离散的裂纹转化为等效损伤区，采用连续介质力学的有限单元法，对于损伤与完好区域分别采用不同的弹性模量来模拟，并将Tr

2、ishaSain等提出的2D分析方法推广到3D复杂应力状态下，采用通用的有限元分析软件，实现混凝土疲劳裂纹扩展及其刚度、强度衰减过程的仿真。通过对文献疲劳试验的模拟分析，结果表明本方法能准确模拟开裂混凝土构件疲劳失效过程。关键词：混凝土结构；能量等效原理；疲劳损伤；断裂力学；仿真分析中图分类号：TU528．O1文献标志码：A文章编号：1002—3550(2010)03—0029—04Energy—basednumericalsimulationonfatiguedamage-fractureprocessofconcretestructuresZHUJin-song(S

3、choolofCivilEngineering，TianjinUniversity，Tianjin300072，China)Abstract：Forthesakeofimplementingdamageandfracture·basedfullprocessanalysisofconcretestructures，aenergyequivalentrelationshipbetweendamageevolvementandcrackspreadingunderfatigueloadhasbeendeduced．Atfirst，thediscretecrackhasbee

4、ntransferredtosuccessiveequivalentdamagezone，whichisdescribedbythelengthandwidth．ThefinitelimitedelementmethodisadaptedtosimulatetheconcretestructureswitlldiscriminatingthedamagedandintactzonebyvariedModulusofelastic．Then．ageneralfinitelimitedelementsoftwarebasedcomputationalflowchartfor

5、simulationthereductionofstrengthandstiffnessofconcretestructuresisproposedinpresentstudy．ThefatiguetestsconductedbyWuet．a1．arenumericalinvestigatedintheendsectionofthisarticle，andtheresultsshownhereinCanmeetthec．omlllOnruleswhichhadbeenobservedinotherexperiments．Keywords：concretestructur

6、e；energyequivalencetheory；fatiguedamage；fracturemechanics；numericalsimulation混凝土结构疲劳失效总是经历着初始损伤一损伤区扩展一0引言损伤局部化一损伤形核一起裂一裂纹稳定扩展一裂纹不稳定扩展一遭受风浪、车辆等高周疲劳荷载作用混凝土结构的长期性断裂失效这一全过程。基于损伤力学的分析方法与基于断裂力能分析与预测方法研究越来越受到研究人员的重视。目前这类学的方法的具有各自的缺陷，导致采用任何一种方法进行混凝结构的长期性能预测主要基于小型试件室内试验结果归纳的土结构的疲劳数值仿真均存在模拟的困难[4-5

7、1。Vroo11hoven等旧经验公式获得，无法考虑构件疲劳尺寸效应、应力状态复杂性采用损伤／断裂力学耦合的有限元方法进行脆性材料开裂模的影响。针对这类混凝土构件疲劳损伤失效全过程数值模拟方拟。针对采用损伤／断裂耦合的有限单元法进行混凝土裂纹扩法的研究具有重要的工程应用价值。展模拟时开裂后单元网格重构的困难，周尚志等册依据单元畸相对于地震等低周循环荷载作用下的混凝土结构失效模变和裂缝介质间的单元干涉作为网格重划判据，在ANSYS平台拟分析来说，高周疲劳荷载作用下的混凝土结构失效全过程模实现了岩石、混凝土类材料断裂破坏有限元数值模拟中的网格