考虑应变率效应的混凝土动力弹塑性损伤本构模型 被引量：26

1

作者 吴建营 李杰 《同济大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第11期1427-1430,1440,共5页

通过对损伤能释放率阀值的Perzyna粘性规则化,将作者提出的混凝土静力弹塑性损伤本构模型进行了动力推广,并将二者统一为一类基于能量的弹塑性损伤本构模型.给出了建议模型的基本公式以及在不同应变率作用下混凝土材料的数值模拟结果.... 通过对损伤能释放率阀值的Perzyna粘性规则化,将作者提出的混凝土静力弹塑性损伤本构模型进行了动力推广,并将二者统一为一类基于能量的弹塑性损伤本构模型.给出了建议模型的基本公式以及在不同应变率作用下混凝土材料的数值模拟结果.分析结果表明:建议模型能够很好地描述混凝土在不同应力状态下的各种典型非线性行为,包括动力作用下的应变率效应. 展开更多

关键词 混凝土 应变率 损伤力学 本构模型 动力荷载

在线阅读 下载PDF 职称材料

混凝土弹塑性损伤本构模型研究 Ⅱ:数值计算和试验验证 被引量：35

2

作者 吴建营 李杰 《土木工程学报》 EI CSCD 北大核心 2005年第9期21-27,共7页

针对建议的基于能量的混凝土弹塑性损伤本构模型[1],将损伤演化和塑性变形解耦,本文建立了模型的弹性预测-塑性修正-损伤修正数值分析框架,给出了无条件稳定的应力更新算法和相应的算法一致性切线模量。在弹性预测-塑性修正过程中,利用... 针对建议的基于能量的混凝土弹塑性损伤本构模型[1],将损伤演化和塑性变形解耦,本文建立了模型的弹性预测-塑性修正-损伤修正数值分析框架,给出了无条件稳定的应力更新算法和相应的算法一致性切线模量。在弹性预测-塑性修正过程中,利用谱分解回映算法建立了塑性流动因子和硬化参数的统一迭代格式,减小了有效应力更新的计算量。根据上述数值算法,编制非线性有限元分析程序,对单调和低周反复荷载作用下的混凝土材料和结构试验进行数值模拟,分析结果表明建议的弹塑性损伤本构模型可以较好地描述混凝土材料的典型非线性行为,其数值方法是有效的,为进一步的结构非线性分析应用奠定了基础。 展开更多

关键词 混凝土 非线性分析 本构模型 回映算法 后退欧拉法

在线阅读 下载PDF 职称材料

混凝土的连续损伤模型和弥散裂缝模型 被引量：19

3

作者 吴建营 李杰 《同济大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第11期1428-1432,共5页

将经典的混凝土弥散裂缝模型应用到所建议的一类基于能量的弹塑性损伤本构模型的统一理论框架中 ,并推导了剪切模量和剪力保持因子与受剪损伤变量的关系式 .模型可以直接应用于多维应力状态下 ,避免了弥散裂缝模型中存在的参数经验取值... 将经典的混凝土弥散裂缝模型应用到所建议的一类基于能量的弹塑性损伤本构模型的统一理论框架中 ,并推导了剪切模量和剪力保持因子与受剪损伤变量的关系式 .模型可以直接应用于多维应力状态下 ,避免了弥散裂缝模型中存在的参数经验取值问题 .最后 ,通过一个钢筋混凝土单向板的数值算例 ,验证了模型的有效性 . 展开更多

关键词 混凝土 弥散裂缝模型 连续损伤模型 损伤变量

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于统一相场理论的早龄期混凝土化-热-力多场耦合裂缝模拟与抗裂性能预测 被引量：14

4

作者 吴建营 陈万昕 黄羽立 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期1367-1382,I0003,共17页

受水化反应和热量传输等过程影响,混凝土在养护阶段会发生受约束收缩变形,并由此在结构内引发较大的拉应力,而此时混凝土力学性能往往还处于较低水平,容易导致建造期混凝土结构即出现裂缝等病害.这种早龄期混凝土裂缝对核安全壳、桥梁... 受水化反应和热量传输等过程影响,混凝土在养护阶段会发生受约束收缩变形,并由此在结构内引发较大的拉应力,而此时混凝土力学性能往往还处于较低水平,容易导致建造期混凝土结构即出现裂缝等病害.这种早龄期混凝土裂缝对核安全壳、桥梁隧道、地下结构、水工或海工结构等重大土木工程和基础设施的全生命周期完整性、耐久性和安全性造成严重影响.为了准确预测早龄期混凝土抗裂性能并量化裂缝演化对混凝土结构行为的不利影响,亟需开展化-热-力多场耦合环境下的混凝土裂缝建模与抗裂性能分析研究.针对这一需求,本工作在前期提出的固体结构损伤破坏统一相场理论基础上,考虑开裂过程与水化反应、热量传输等之间的相互影响,建立裂缝相场演化特征(包括基于强度的裂缝起裂准则、基于能量的裂缝扩展准则和基于变分原理的扩展方向判据等)与混凝土水化度和温度之间的定量联系,提出混凝土化-热-力多场耦合相场内聚裂缝模型,发展相应的多场有限元数值实现算法并应用于若干验证算例.数值模拟结果表明,上述多场耦合相场内聚裂缝模型合理地考虑了水化反应、热量传输、力学行为以及裂缝演化之间的耦合效应,揭示了早龄期混凝土热膨胀变形和自收缩变形的相互竞争机理,且分析结果不受裂缝尺度和网格大小等数值参数的影响,实现了早龄期裂缝演化全过程准确模拟和抗裂性能定量预测,有望在混凝土结构早龄期裂缝预测和控制方面发挥重要作用. 展开更多

关键词 混凝土 早龄期裂缝 多物理场 相场理论 相场内聚裂缝模型

在线阅读 下载PDF 职称材料

混凝土弹塑性损伤本构关系统一模型 被引量：27

5

作者 吴建营 李杰 《建筑科学与工程学报》 CAS 2005年第4期15-21,共7页

在提出了静力弹塑性损伤本构模型的基础上,通过对损伤能释放率阀值进行PERZYNA粘性规则化以及引入粘弹性—损伤阻尼应力,建立了基于能量的混凝土弹塑性损伤本构关系统一模型;给出了该模型的基本公式和相应的非线性有限元数值实现算法,并... 在提出了静力弹塑性损伤本构模型的基础上,通过对损伤能释放率阀值进行PERZYNA粘性规则化以及引入粘弹性—损伤阻尼应力,建立了基于能量的混凝土弹塑性损伤本构关系统一模型;给出了该模型的基本公式和相应的非线性有限元数值实现算法,并对KOYNA混凝土重力坝进行了动力非线性数值模拟。结果表明:建议统一模型能较好地描述包括应变率效应在内的混凝土典型非线性行为,并可以直接在材料本构层次考虑阻尼的影响,同时其数值算法是稳定有效的,可以应用于大型混凝土结构的非线性分析。 展开更多

关键词 混凝土 损伤力学 本构模型 非线性分析

在线阅读 下载PDF 职称材料

固体结构损伤破坏统一相场理论、算法和应用 被引量：38

6

作者 吴建营 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期301-329,I0001,共30页

固体开裂引起的损伤和断裂是工程材料和结构最为普遍的破坏形式.为了防止这种破坏,结构设计首先必须了解裂缝在固体内如何萌生、扩展、分叉、汇聚甚至破碎;更重要的是,还需要准确量化这些裂缝演化过程对于结构完整性和安全性降低的不利... 固体开裂引起的损伤和断裂是工程材料和结构最为普遍的破坏形式.为了防止这种破坏,结构设计首先必须了解裂缝在固体内如何萌生、扩展、分叉、汇聚甚至破碎;更重要的是,还需要准确量化这些裂缝演化过程对于结构完整性和安全性降低的不利影响.针对上述固体结构损伤破坏问题,本工作系统地介绍了笔者提出的统一相场理论、算法及其应用.作为一种裂缝正则化变分方法,统一相场理论将基于强度的裂缝起裂准则、基于能量的裂缝扩展准则以及满足变分原理的裂缝路径判据纳入同一框架内.不仅常用的脆性断裂相场模型是该理论的特例,还自然地给出了一类同时适用于脆性断裂和准脆性破坏的相场正则化内聚裂缝模型即PF-CZM.该模型非常便于通过有限元等方法加以数值实现;为了求解有限元空间离散后得到的非线性方程组,还介绍了几种常用的数值算法,其中整体BFGS拟牛顿迭代算法的计算效率最高.静力、动力和多场耦合条件下若干二维和三维代表性算例表明:相场正则化内聚裂缝模型PF-CZM能够高精度地再现复杂裂缝演化导致的脆性和准脆性固体损伤破坏;特别是,所有情况下,模型的数值结果不依赖于裂缝尺度参数和有限元网格.因此,该模型具有相当好的预测能力,有望在工程结构的损伤破坏分析方面发挥重要作用.最后建议了若干值得进一步开展的研究课题. 展开更多

关键词 相场理论 损伤 断裂 能量原理 内聚裂缝模型 BFGS拟牛顿算法

在线阅读 下载PDF 职称材料

混凝土破坏全过程分析的扩展内嵌裂缝模型 被引量：4

7

作者 吴建营 李锋波 徐世烺 《水利水电科技进展》 CSCD 北大核心 2016年第1期53-59,共7页

为解决传统内嵌裂缝模型仅能考虑定常位移跳跃而导致的应力闭锁问题,并保证裂缝张开位移在相邻单元间的连续性,基于强不连续问题位移场的多尺度统一表述,选取具有明确物理意义的裂缝节点(裂缝与单元边的交点)位移跳跃作为增强自由度,提... 为解决传统内嵌裂缝模型仅能考虑定常位移跳跃而导致的应力闭锁问题,并保证裂缝张开位移在相邻单元间的连续性,基于强不连续问题位移场的多尺度统一表述,选取具有明确物理意义的裂缝节点(裂缝与单元边的交点)位移跳跃作为增强自由度,提出了适用于混凝土等准脆性材料和结构破坏全过程分析的扩展内嵌裂缝模型,并给出了其有限元实现方法。对楔入劈拉试验Ⅰ型和单边缺口梁混合型破坏等混凝土标准试验进行了数值分析,得到的裂缝路径和荷载-位移曲线均与试验结果或文献结果吻合良好,验证了模型理论的有效性,同时分析结果也表明该模型具有较高的粗网格精度和良好的数值健壮性。 展开更多

关键词 混凝土 损伤与破坏 内嵌裂缝模型 应力闭锁 有限元方法

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于统一相场理论的锂电池电极颗粒断裂模拟研究 被引量：4

8

作者 吴建营 洪屹峰 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期2472-2488,共17页

锂电池充放电过程中,锂离子的脱出和嵌入会引发电极颗粒的不均匀体积变化和机械应力.上述锂离子扩散过程诱发的应力与电极颗粒的尺寸大小、截面形状和冲放电速率有关,可能会导致电极颗粒出现裂缝起裂、扩展甚至断裂等力学失效,对锂离子... 锂电池充放电过程中,锂离子的脱出和嵌入会引发电极颗粒的不均匀体积变化和机械应力.上述锂离子扩散过程诱发的应力与电极颗粒的尺寸大小、截面形状和冲放电速率有关,可能会导致电极颗粒出现裂缝起裂、扩展甚至断裂等力学失效,对锂离子电池的容量和循环寿命等性能产生不利影响.为准确模拟并预测电极颗粒的力学失效过程,在笔者前期提出的统一相场理论框架内进一步考虑化学扩散、力学变形和裂缝演化等耦合过程,建立化学–力学耦合相场内聚裂缝模型,发展相应的多场有限元数值实现算法,并应用于二维柱状和三维球体锂电池电极颗粒的力学失效分析.由于同时涵括了基于强度的起裂准则、基于能量的扩展准则以及基于变分原理的裂缝路径判据,这一模型不仅适用于带初始缺陷电极颗粒的开裂行为模拟,而且适用于无初始缺陷电极颗粒的损伤破坏全过程分析.数值计算结果表明,相场内聚裂缝模型能够模拟锂离子扩散引发的电极颗粒裂缝起裂、扩展、汇聚等复杂演化过程,可为锂离子电池电极颗粒的力学失效预测和优化设计提供有益的参考. 展开更多

关键词 锂离子电池 扩散 化学-力学耦合失效 相场理论 内聚裂缝模型

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于统一相场理论的早龄期混凝土损伤与破坏分析:化-热-湿-力多场耦合与多重变形竞争 被引量：3

9

作者 吴建营 莫盛特 周浩 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第12期3521-3536,共16页

受水泥水化、温度传输、水分传输和力学作用等多场耦合影响,早龄期混凝土会产生自收缩、热胀冷缩、干燥收缩和载荷变形等多重变形机制,由此导致核安全壳、隧道桥梁及水工大坝等大体积混凝土结构往往在建造期即出现裂缝,严重削弱结构的... 受水泥水化、温度传输、水分传输和力学作用等多场耦合影响,早龄期混凝土会产生自收缩、热胀冷缩、干燥收缩和载荷变形等多重变形机制,由此导致核安全壳、隧道桥梁及水工大坝等大体积混凝土结构往往在建造期即出现裂缝,严重削弱结构的完整性、耐久性和安全性.探究早龄期混凝土裂缝产生的物理机理,对其萌生和发展进行精准分析预测并进行调控,是确保混凝土结构全生命周期安全服役的重要手段.在固体结构损伤破坏统一相场理论的基础上,合理反映上述化-热-湿-力多场耦合以及由此导致的多重变形相互竞争机制,建立了早龄期混凝土化-热-湿-力多场耦合相场内聚裂缝模型,并将其应用于若干早龄期混凝土损伤破坏验证性实验的数值模拟,重点探究了干燥收缩变形对结构裂缝演化和破坏模式的影响规律.分析结果表明:该模型合理地反映了多场耦合和多重变形竞争机制,因此能够更加准确地预测早龄期混凝土结构的裂缝演化过程和最终破坏模式,对实际混凝土结构建造期的裂缝模拟、损伤破坏分析以及全生命周期服役安全评估具有指导意义. 展开更多

关键词 混凝土 早龄期裂缝 多场 统一相场理论 干燥收缩

在线阅读 下载PDF 职称材料

张量和张量率的投影算子 被引量：2

10

作者 吴建营 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第4期519-523,共5页

通过对张量谱分解方法的深入研究,提出了一种对于张量正、负分解在表达形式上统一的投影算子,并建议了一类投影算子的统一格式,指出Ortiz算子、Simo-Ju算子和新算子均为该统一格式的特例,澄清了已有研究在此问题上的混淆之处。对于上述... 通过对张量谱分解方法的深入研究,提出了一种对于张量正、负分解在表达形式上统一的投影算子,并建议了一类投影算子的统一格式,指出Ortiz算子、Simo-Ju算子和新算子均为该统一格式的特例,澄清了已有研究在此问题上的混淆之处。对于上述三种投影算子及建议的统一格式,还给出了相应张量率惟一的投影算子,该算子同时是张量和相应张量率的公共投影算子。最后指出了投影算子的微观力学意义及各表达式可能的适用范围,并给出了投影算子在描述混凝土单边效应上的本构建模应用。 展开更多

关键词 投影算子 本构模型 单边效应 损伤力学

在线阅读 下载PDF 职称材料

热力学相容的混凝土各向异性单边损伤模型

11

作者 吴建营 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2009年第5期696-707,共12页

微裂缝演化(损伤)引起的各向异性和单边效应,对于混凝土材料和结构的变形和内力有非常重要的影响.在描述单边效应时,已有的各向异性损伤模型均会得出与热力学基本原理相矛盾的结论即损伤卸载时能量耗散不为零.基于不可逆热力学和内变量... 微裂缝演化(损伤)引起的各向异性和单边效应,对于混凝土材料和结构的变形和内力有非常重要的影响.在描述单边效应时,已有的各向异性损伤模型均会得出与热力学基本原理相矛盾的结论即损伤卸载时能量耗散不为零.基于不可逆热力学和内变量理论,直接以材料柔度张量的增量作为损伤内变量,建立了各向异性单边损伤模型的一般形式,给出了热力学相容的投影算子,推导了模型的率本构关系.文中详细发展了模型的Newton-Raphson数值实现算法及其算法一致性模量,建立了合理的损伤准则和演化法则并应用于混凝土材料.数值模拟结果初步验证了建议模型的有效性.需要说明的是,模型完全构筑于热力学基础上,无需引入应变等效或应变能等效等经验性假定. 展开更多

关键词 混凝土 损伤力学 本构关系 损伤诱致各向异性 单边效应

在线阅读 下载PDF 职称材料

共轨柴油机基于模型标定方法应用研究 被引量：6

12

作者 吴建营 杨福源 +1 位作者 陈小迅 欧阳明高 《车用发动机》 北大核心 2006年第3期24-27,共4页

利用基于模型标定方法对某共轨柴油机进行经济性标定优化;系统介绍了基于模型标定方法的3个阶段,即试验设计、发动机统计建模和标定优化。试验结果表明,优化后的发动机燃油消耗率MAP有明显改善,且整个标定过程耗时较少。

关键词 模型 标定优化 共轨 柴油机

在线阅读 下载PDF 职称材料

混凝土弹塑性损伤本构模型研究 Ⅰ:基本公式 被引量：105

13

作者 李杰 吴建营 《土木工程学报》 EI CSCD 北大核心 2005年第9期14-20,共7页

从分析混凝土材料的基本损伤机制出发,本文采用受拉损伤变量和受剪损伤变量反映微观损伤对混凝土材料宏观力学性能劣化的影响,建议了一类基于能量的弹塑性损伤本构模型。该模型基于有效应力张量分解定义材料的弹性Helmholtz自由能,并根... 从分析混凝土材料的基本损伤机制出发,本文采用受拉损伤变量和受剪损伤变量反映微观损伤对混凝土材料宏观力学性能劣化的影响,建议了一类基于能量的弹塑性损伤本构模型。该模型基于有效应力张量分解定义材料的弹性Helmholtz自由能,并根据有效应力空间塑性力学确定了塑性变形的演化法则和塑性Helmholtz自由能。由此给出了材料的总Helmholtz自由能和弹塑性损伤能释放率,建立了符合热动力学基本原理的损伤准则,并根据正交法则得到了损伤变量的演化法则。对Kupfer双轴试验的数值模拟结果初步说明了模型的有效性。文中涉及到的数值算法及进一步的试验验证将在本文第Ⅱ部分给出。 展开更多

关键词 混凝土 损伤力学 损伤变量 本构模型

在线阅读 下载PDF 职称材料

广州花园酒店“白金五星级酒店”结构改造基于性能的可行性研究 被引量：5

14

作者 韩小雷 戴金华 +4 位作者 何伟球 吴建营 陈勇 郑宜 季静 《地震工程与工程振动》 CSCD 北大核心 2007年第5期88-94,共7页

广州花园酒店原结构及改造后结构均不满足我国现行规范的抗震构造要求。本文依据基于性能的抗震设计思想,提出结构宏观上的层间位移角目标和微观上的结构构件变形及损伤目标,采用PKPM系列2005年版SATWE和ETABS 9.0中文版进行结构弹性分... 广州花园酒店原结构及改造后结构均不满足我国现行规范的抗震构造要求。本文依据基于性能的抗震设计思想,提出结构宏观上的层间位移角目标和微观上的结构构件变形及损伤目标,采用PKPM系列2005年版SATWE和ETABS 9.0中文版进行结构弹性分析,采用PKPM系列EPDA和美国Buffalo大学的IDARC 2D 6.0进行弹塑性静力推覆分析和弹塑性动力时程分析,并采用TNO公司的DIANA8.0进行单榀剪力墙的极限承载力分析,研究结构是否满足设定的整体及结构构件性能目标要求,确保改造后的结构达到"小震不坏、中震可修、大震不倒"的要求。 展开更多

关键词 基于性能 层间位移角 变形和损伤 IDARC EPDA DIANA

在线阅读 下载PDF 职称材料

不规则布置梁加强环式梁柱节点承载力及刚度 被引量：1

15

作者 何军 蔡健 +1 位作者 吴建营 陈庆军 《华南理工大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第3期100-105,共6页

不规则布置梁节点的设计是钢结构设计中的难点.文中以不规则布置梁加强环式梁柱节点为研究对象,进行了该类型节点的足尺模型试验,了解节点的受力性能和破坏机理.基于试验结果,采用理想弹塑性应力-应变关系和Von Mises屈服准则,并考虑几... 不规则布置梁节点的设计是钢结构设计中的难点.文中以不规则布置梁加强环式梁柱节点为研究对象,进行了该类型节点的足尺模型试验,了解节点的受力性能和破坏机理.基于试验结果,采用理想弹塑性应力-应变关系和Von Mises屈服准则,并考虑几何非线性的影响,建立了与试验模型对应的有限元分析模型.在此模型基础上,利用有限元程序进行了参数分析.综合试验、有限元分析结果,提出了不规则布置梁加强环式梁柱节点承载力和刚度的计算方法. 展开更多

关键词 加强环 节点 承载力 刚度 试验研究 有限元分析

在线阅读 下载PDF 职称材料