基于多尺度方法的混凝土非均匀破裂过程的数值模拟

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混凝土是一种典型的非均质脆性材料,被广泛的应用于生活中的各个领域。本文从细观的角度模拟混凝土的非均匀破裂过程。由于细观尺度的网格比较细密,造成巨大的计算量和存储需求,不利于普通计算机的数值模拟,本文采用扩展的多尺度有限元方法来解决普通计算机计算资源不足的问题。扩展的多尺度有限元方法是一种解决非均质问题的有效多尺度算法,在包含细观非均质特征的粗尺度模型上求解模型的非均质问题,与传统的有限元方法相比,其优势在于保证一定计算精度的条件下,降低了计算量和存储需求,有利于普通小型计算机研究相对大型的数值计算问题。  本文为了模拟混凝土破裂的全过程主要做了以下工作:  首先,介绍了多尺度有限元方法的基本原理,包括线性边界条件的多尺度有限元基函数的构建方法,使用超样本技术建立振荡边界条件的多尺度有限元基函数的构建方法。  其次,编写多尺度有限元的计算机数值模拟程序,结合算例分析,与传统有限元方法和解析解进行比较,验证了扩展的多尺度有限元方法的可行性。  最后,引入弹性损伤本构模型,建立混凝土拉伸破坏的数值模型,模拟混凝土裂纹由萌生、扩展到贯通破坏的全过程。
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