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考虑混凝土塑性耗散的CDM-XFEM裂缝计算方法 被引量:2
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作者 金浩 余朔 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第10期2790-2799,共10页
混凝土结构在服役期间受外界载荷的影响容易产生裂缝,导致结构刚度降低、构件承载性能衰退,而采用准确的计算方法预测混凝土裂缝的发展是治理裂缝的基本前提,也是保障结构安全的重要手段.连续损伤力学方法(continuou damage method,CDM... 混凝土结构在服役期间受外界载荷的影响容易产生裂缝,导致结构刚度降低、构件承载性能衰退,而采用准确的计算方法预测混凝土裂缝的发展是治理裂缝的基本前提,也是保障结构安全的重要手段.连续损伤力学方法(continuou damage method,CDM)能够描述微裂缝的扩展过程,但不能表示离散的开裂面,且存在网格诱导偏差及虚假应力传递的弊端,扩展有限单元法(mechanics-extended finite element method,XFEM)能够描述宏观裂纹的扩展过程,但不能反映微裂缝的动态扩展,两者计算出的裂纹分布与实际差异均较大.现有的CDMXFEM方法已经能够模拟混凝土微裂缝及宏观裂缝发展的整个过程,但忽略了宏观裂缝出现时混凝土产生的塑性应变,CDM与XFEM的能量转化过程欠缺平衡性.因此,本文重点考虑能量转化时的塑性耗散,选取指数型函数为粘结裂缝的牵引-分离模式,基于能量及应力等效的条件重新构建了CDM与XFEM之间的能量转化方程.采用广义逆最小二乘法求解能量转化系数,确定能量转化时的临界位移,并给出了裂缝面水平集的更新算法及整体计算方法的程序流程.以双切口混凝土受剪拉开裂试验为例,采用多种裂缝计算方法与试验进行了对比.结果表明,采用考虑混凝土塑性耗散的CDM-XFEM方法算出的裂缝分布及拉力-张开位移曲线与试验结果差异最小,说明采用考虑混凝土塑性耗散的CDM-XFEM计算方法能够更好地计算混凝土裂缝. 展开更多
关键词 地铁 混凝土结构 裂缝 CDM-XFEM 塑性耗散
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塑性耗散能突变判据在边坡稳定性分析中的应用 被引量:2
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作者 袁葳 《水电能源科学》 北大核心 2022年第6期171-174,共4页
采用强度折减有限元法分析边坡稳定性时,失稳判据的选取至关重要,但选取合理的失稳判据尚无定论。针对计算不收敛、塑性屈服区贯通、特征点位移突变三种典型失稳判据的不足,提出了塑性耗散能突变判据,依据边坡的塑性耗散能增量与折减系... 采用强度折减有限元法分析边坡稳定性时,失稳判据的选取至关重要,但选取合理的失稳判据尚无定论。针对计算不收敛、塑性屈服区贯通、特征点位移突变三种典型失稳判据的不足,提出了塑性耗散能突变判据,依据边坡的塑性耗散能增量与折减系数增量之比的突变倍率判断边坡的安全系数,并通过典型算例验证其可行性。研究表明,塑性耗散能突变判据使用简便、结果可靠,避免了边界条件、人为因素等对判定结果的影响,在复杂边坡稳定分析中具有良好的应用前景。 展开更多
关键词 边坡稳定性 强度折减法 失稳判据 塑性耗散能突变
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一族线性屈服破坏函数对应的耗散势
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作者 白冰 李小春 +1 位作者 石露 杜学飞 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第5期1233-1236,共4页
在材料塑性本构理论中应用热动力学原理一般有两种方法,一是在引入的屈服(包括硬化)、破坏函数和塑性势概念的基础上,从数学上或者根据试验规律,假设(拟合)其函数形式,然后将热力学定律或准热力学公设作为附加约束引入本构模型;二是直... 在材料塑性本构理论中应用热动力学原理一般有两种方法,一是在引入的屈服(包括硬化)、破坏函数和塑性势概念的基础上,从数学上或者根据试验规律,假设(拟合)其函数形式,然后将热力学定律或准热力学公设作为附加约束引入本构模型;二是直接从热动力学出发,通过构造能量函数(热力学势)、耗散函数及较少的限制条件给出全部的塑性本构理论,而得到的本构理论自动满足热动力学原理。长期以来,针对各种不同材料提出的大量屈服破坏函数,许多都是按照第一种方法给出的,却并未见到进行过严格的热动力学限制的验证。研究从塑性本构理论中上述两种研究方式在热力学定律的满足上的一致性出发,将求屈服函数对应的耗散势的问题归结为关于耗散势的偏微分方程求解问题,从理论上演绎出塑性理论中一族率无关线性屈服破坏函数对应的耗散势函数,从而将屈服破坏函数的热动力学验证问题转化为其对应耗散势的正负判断问题,也沟通了塑性理论中屈服破坏函数同热动力学中耗散势在概念上的联系,对于理解屈服破坏函数的热动力学内涵有重要理论意义。特别地,文中给出的求耗散势的方法具有一般性,不仅适合于线性的屈服破坏函数,也适合于非线性的屈服破坏函数。最后,利用热力学第2定律给出了一族线性屈服破坏函数具体的热力学限制条件。 展开更多
关键词 屈服破坏函数 热动力学限制 势函数 塑性本构理论 塑性耗散不等式
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自由梁受集中质量两点撞击的刚塑性动力响应 被引量:5
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作者 刘旭红 董军 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第4期318-324,共7页
对矩形截面自由梁在两端同时受到完全相同的集中质量横向撞击问题进行了理论上的研究 ,通过采用刚塑性的材料模型得到了其动力响应完全解。结合数值方法给出了梁的瞬态变形 ,并讨论了输入能量、质量比等参数对梁的最终变形、能量耗散的... 对矩形截面自由梁在两端同时受到完全相同的集中质量横向撞击问题进行了理论上的研究 ,通过采用刚塑性的材料模型得到了其动力响应完全解。结合数值方法给出了梁的瞬态变形 ,并讨论了输入能量、质量比等参数对梁的最终变形、能量耗散的影响。针对典型算例将完全解的结果与MSC/Dytran的计算结果进行了比较 ,两者具有合理的近似 ,但理论预测的结果略高估计了梁的最终变形。 展开更多
关键词 自由梁 集中质量两点撞击 塑性动力响应 变形 数值方法 塑性耗散 材料模型
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自由梁两端受阶跃载荷时的塑性动力响应完全解 被引量:2
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作者 董军 刘旭红 姚顺忠 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第1期154-157,共4页
采用刚塑性模型分析自由梁在两端点受到集中阶跃载荷作用时的小变形动力响应,给出了不同载荷组合下梁的变形模式,构造了其动力响应完全解,并讨论了塑性耗散在输入结构的能量中所占的比例。与自由梁单点受强动荷载作用不同,梁的变形模式... 采用刚塑性模型分析自由梁在两端点受到集中阶跃载荷作用时的小变形动力响应,给出了不同载荷组合下梁的变形模式,构造了其动力响应完全解,并讨论了塑性耗散在输入结构的能量中所占的比例。与自由梁单点受强动荷载作用不同,梁的变形模式取决于两端点阶跃载荷的某组合函数的值。结果结果表明:只要存在塑性耗散,耗散的能量就占外载输入能量的1/3。 展开更多
关键词 阶跃载荷 塑性动力响应 变形模式 塑性耗散
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梁系结构上限极限分析的弹性模量缩减法 被引量:3
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作者 吴文龙 杨绿峰 +1 位作者 张伟 刘利文 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第6期687-691,774,共5页
结合线弹性梁系有限元法和弹性模量缩减法,提出了梁系结构上限极限的分析方法。该方法根据构件截面广义屈服准则定义了梁系结构的单元承载比,得到了弹性模量缩减法的模量调整策略,利用梁系有限元法构造出了逼近极限状态的广义应力场以... 结合线弹性梁系有限元法和弹性模量缩减法,提出了梁系结构上限极限的分析方法。该方法根据构件截面广义屈服准则定义了梁系结构的单元承载比,得到了弹性模量缩减法的模量调整策略,利用梁系有限元法构造出了逼近极限状态的广义应力场以及系列机动允许位移场;同时推导出考虑弯矩和轴力共同影响下的梁单元弹性应变能和塑性耗散功计算公式,建立了梁系结构上限荷载乘子迭代算法。该算法继承了弹性模量调整法原理简单、应用方便等优点,并可应用于具有不同几何特性和材料特性构件构成的复杂结构中。算例分析表明:本文算法具有良好的计算精度和迭代稳定性,通常可在30个线弹性迭代步以内得到与解析法或其他算法在4%以内的极限分析结果。 展开更多
关键词 梁系结构 上限极限分析 弹性模量缩减法 弹性应变能 塑性耗散
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高地应力下大型地下洞室拱形优化研究 被引量:2
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作者 石广斌 李宁 《应用力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第4期661-664,685,共4页
高地应力区的大型洞室开挖会引起洞室拱周附近围岩应力集中和塑性区加大以及塑性应变的增加,但过高的应力集中会增加岩爆发生的几率,塑性区的加深会促使围岩失稳;洞室拱形形状会影响围岩应力集中和塑性区大小的分布,因此,以某高地应力... 高地应力区的大型洞室开挖会引起洞室拱周附近围岩应力集中和塑性区加大以及塑性应变的增加,但过高的应力集中会增加岩爆发生的几率,塑性区的加深会促使围岩失稳;洞室拱形形状会影响围岩应力集中和塑性区大小的分布,因此,以某高地应力下的大型发电洞岩体地质资料为依托,用弹塑性有限元分析高地应力地下大型发电洞室常采用的3种洞室拱形(即单心圆拱、三心圆拱和椭圆拱)对拱部围岩应力的影响,计算结果表明这种影响是非常明显的,有的应力集中系数达到3.33,无论采用哪种拱形,均避不开拱座附近应力集中现象。根据开挖后拱部围岩的塑性耗散能可以判断,无论初始地应力侧压系数是多少,椭圆拱是最优的,其次是三心圆拱。 展开更多
关键词 高地应力 大型地下洞室 拱形优化 有限元 塑性耗散
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滑坡极限分析研究
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作者 钱让清 钱小中 +1 位作者 周满兵 钱芳 《交通标准化》 2005年第5期76-79,共4页
基于塑性力学和极限分析理论,介绍和研究岩土体的体积塑性耗散功率和面积塑性耗散功率,并以平动性滑坡为例,给出滑坡体塑性耗散功率和安全因子的计算方法,具有一定的实用价值。
关键词 极限分析 塑性耗散功率 平动性滑坡
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全局性能水准与构件局部损伤状态相关性研究 被引量:3
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作者 张坤 吴子燕 蔡宗明 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第6期846-850,共5页
传统的最大层间位移作为一个全局性的性能指标,超出给定的性能极限状态阈值就不能映射构件局部损伤状态。本文基于能量平衡原理,将塑性能量耗散和塑性铰的等效能相比得到累积塑性应变,将累积塑性应变这一反映局部损伤状态的损伤指标作... 传统的最大层间位移作为一个全局性的性能指标,超出给定的性能极限状态阈值就不能映射构件局部损伤状态。本文基于能量平衡原理,将塑性能量耗散和塑性铰的等效能相比得到累积塑性应变,将累积塑性应变这一反映局部损伤状态的损伤指标作为工程需求参数,假定一系列累积塑性应变阈值建立局部构件的易损性曲线族。以传统的最大层间位移作为反映全局性能水准的工程需求参数,建立结构全局性能极限状态下的易损性曲线。对比全局和局部易损性曲线,发现全局性能水准和局部构件损伤状态之间存在良好的相关性,通过易损性曲线的吻合程度可获得给定全局性能水准相对应的累积塑性应变阈值。进而也建立起全局性能指标与局部损伤状态的映射关系。基于累积塑性应变的机构易损性分析是一种更精确的易损性分析方法。 展开更多
关键词 结构易损性 塑性能量 累积塑性应变 全局性能水准 局部损伤状态
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