往复荷载作用下混凝土结构非线性行为的仿真研究

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本论文总结了混凝土损伤模型在混凝土结构分析方面所取得的进展;借鉴有关研究思路及成果,通过断裂能及耗散能密度确定损伤演化规律,应用非线性卸载-线性重加载路径描述,建立混凝土单轴疲劳损伤模型;进一步引入多轴强度理论,建立混凝土各向异性疲劳损伤模型。借助ABAQUS软件实现本文模型的有限元移植,使理论模型能够应用到实际工程中。应用Fortran语句编写混凝土疲劳损伤模型,实现模型中的屈服判断、加卸载路径描述、非线性迭代及应力、应变、雅可比矩阵等的数值计算。并通过用户子程序UMAT,将模型植入到大型商用有限元软件ABAQUS中,建立混凝土单轴疲劳损伤及双轴压单调、往复加载仿真分析平台。应用仿真分析平台,对混凝土试样在单轴循环加载、双轴比例加载、双轴非比例加载和双轴压循环加载情况下的力学行为进行模拟。单轴循环加载模拟曲线能很好地表现出单轴压往复加载过程中混凝土材料的刚度退化、残余变形、滞回耗能等行为。模型可以运用到混凝土非线性有限元分析中,有效地模拟单轴受压循环加载下混凝土的单轴疲劳特性。双轴受压情况下,模型采用将单轴损伤演化规律映射到双轴情况的简化模型。双轴比例加载、非比例加载试验的模拟结果与试验数据的吻合性较好,能较好表现出双轴受压情况下,材料一轴的强度因另一轴的约束而有所增强的现象。模拟双轴受压循环加载试验的结果能表现出双轴受压循环加载中材料的耗能滞回,疲劳失效行为和侧向约束引起的强度增强作用。本论文模型能很好地模拟混凝土单(双)轴单调、循环加载的真实响应,验证了理论模型有限元移植的合理性。为本理论模型应用于混凝土单轴多轴疲劳失效分析提供了良好的模拟平台。
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