基于能量耗散机制的混凝土疲劳损伤模型研究

摘要

实际工程中存在大量承受往复荷载的混凝土结构。如何保证结构在设计使用年限内不发生疲劳损伤破坏是结构安全领域的关键科学问题之一，因此开展结构疲劳损伤模型研究，对于深入了解结构疲劳破坏机理、完善结构设计理论具有重要意义。
　　本文采用混凝土在往复荷载作用下的累积耗散能量定义损伤因子，在应力-非弹性应变空间内引入分段线性加载路径、线性重加载路径和非线性卸载路径，建立疲劳损伤模型。线性重加载路径的斜率由损伤因子确定，使得模型可以反映荷载循环过程中损伤导致的重加载刚度退化。编制用户材料子程序对有限元软件ABAQUS进行二次开发，模拟混凝土在循环荷载作用下的非线性力学行为。
　　本文阐述了疲劳损伤模型的基本理论，绘制了本构模型的材料子程序流程图，给出了混凝土断裂能密度、损伤因子的计算方法和疲劳模型中相关参数的理论拟合公式。运用建立的模型对往复荷载作用下的单轴受拉实验、单轴受压实验以及不同应力水平下的疲劳寿命进行了数值模拟，并将数值分析结果和实验数据进行对比，结果显示该模型具有良好的模拟效果，能够近似模拟混凝土在加卸载路径上的应力-应变关系，并可以很好反映混凝土在荷载循环过程中的残余变形累积、刚度衰减以及滞回耗能现象。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 混凝土的疲劳特性

1.3 疲劳损伤国内外研究现状

1.4 课题的研究内容和目的

2 有限元分析基础

2.1 涉及损伤的有限单元法

2.2 ABAQUS在非线性分析中的运用

2.3 用户材料子程序的开发应用

3 混凝土的损伤本构模型及程序流程

3.1 模型的基本假设

3.2 损伤模型的应力-应变关系和增量本构

3.3 模型的加卸载路径描述

3.4 程序流程

3.5 模型的参数研究

4 疲劳模型的数值模拟分析

4.1 Reinhardt单轴受拉实验

4.2 Okamoto单轴受压实验

4.3 Suaris单轴受压实验模拟

4.4 Comelissen高周疲劳试验

4.5 本章小结

5 论文总结及研究展望

5.1 论文的内容总结

5.2 论文不足及后续研究工作

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文

B. 论文材料子程序及参数说明