混凝土细观力学仿真分析的块体元-有限元耦合方法.pdf

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1、第46卷第5期武汉大学学报(212学版)V0I．46NO．52013年1O月EngineeringJournalofWuhanUniversityOct．2O13文章编号：1671—8844(2013)05—0562—10混凝土细观力学仿真分析的块体元一有限元耦合方法汪卫明，沙莎(武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北武汉430072)摘要：假定混凝土是由砂浆和骨料组成的两相非均质材料，采用块体单元法模拟骨料，有限单元法模拟砂浆，基于虚功原理，建立了混凝土细观力学仿真分析的块体元一有限元耦合方法．假定混凝土骨

2、料为刚体，砂浆为理想弹塑性材料，采用FORTRAN语言，编制了块体元一有限元耦合分析程序．运用该耦合分析程序，对耦合面刚度敏感性进行分析，得到了合适的耦合面刚度取值量级，在此基础上，采用Drucker-Prager准则，仅考虑砂浆单元的屈服，分别研究了二维和三维混凝土试件在荷载作用下的屈服、破坏过程，计算结果符合一般规律，验证了所提方法的有效性和正确性．块体元一有限元耦合分析方法兼具块体元法和有限元法的优点，前处理简单，单元数目少，计算量小，并且充分考虑了砂浆和骨料的材料力学特性差异，可以进行含有多面体骨料的三维混凝土

3、模型的数值模拟，较精确方便地计算混凝土在荷载作用下的应力、应变，模拟混凝土的屈服、破坏过程．关键词：混凝土；细观力学仿真；块体元；有限元中图分类号：Tv528．01文献标志码：AAcoupledmethodofblockelementandfiniteelementforconcretemesomechanicalsimulationanalysisWANGWeiming，SHASha(StateKeyLaboratoryofWaterResourcesandHydropowerEngineeringScience，W

4、uhanUniversity，Wuhan430072，China)Abstract：Assumingthatconcreteisatwophasenon—homogeneousmaterialanditiscomprisedofmortarandaggregates，usingblockelementtosimulateaggregateandfiniteelementtosimulatemortarandbasedonthevirtualworkprinciple，acoupledmethodofblockeleme

5、ntandfiniteelementiSestablished．Assum—ingthattheaggregateisrigidandmortarisidealelastoplasticmaterial，usingFortranlanguage，thepro—gramforanalysisofthecouplingofblockelementandfiniteelementismade．Usingtheprogram，thesen—sitivityofthestiffnessofcoupledsurfaceisanal

6、yzed；andthesuitablevalueofstiffnessisobtained．Onthisbasis，usingDrucker—Pragercriterion，theprocessofyieldinganddamageofthe2Dand3Dconcretespecimensunderloadingisresearchedrespectively．Theresultsofcalculationaccordwiththegenerallaw，SOastoprovetheefficiencyandaccura

7、cyofthiscoupledmethod．Thismethodhasadvantagesofbothblockelementmethodandfiniteelementmethod．Itsprocessingismuchsimpler．Thenumberofelementsandtheworkloadofcalculationisalsosmaller．Andittakesfullyintoaccountofthedifferenceofmechani—calpropertiesofaggregateandmorta

8、r．Sousingthismethod，numericalsimulationof3Dconcretemodelcontainingpolyhedralaggregatescanbedone．Thestressandstraincanbecalculatedmorepreciselyandeasily．Andtheprocesso