《混凝土彈塑性損傷本構關係的三維拓展》是依託同濟大學，由張驥擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：混凝土彈塑性損傷本構關係的三維拓展
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張驥
- 依託單位：同濟大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
現代結構設計、評估和加固迫切需要高質量的非線性分析，混凝土結構非線性分析的關鍵在於本構關係。當前活躍於國際學術界和工程界的混凝土彈塑性損傷本構模型仍限於二維問題，其三維拓展具有重要的理論意義和套用價值。本項目從混凝土的三維力學行為特徵和彈塑性損傷體的自由能勢二方面著手，建立三維彈塑性損傷本構關係。通過多種加卸載路徑中的三軸材料力學試驗，獲得強度、剛度和永久變形的三維演化形態，構造合適的強化變數、損傷變數演化函式和塑性勢函式；結合運用現代熱力學和損傷力學的觀點和方法，對自由能勢進行重新審視和深入探索，為本構關係的推演提供一個合理的出發點；深入分析塑性演化、損傷演化和自由能勢之間的相互制約和影響，建立既具有嚴格的熱力學基礎，又能較好地反映混凝土三軸試驗現象的本構關係。實現直接基於三維彈塑性損傷本構關係的混凝土結構非線性分析，為對混凝土結構的力學行為的認識和數值模擬提供新的視角和方法。
結題摘要
本項目的各項研究內容基本依照原計畫得以執行，在試驗、理論、數值各方面均取得了良好進展，實現了預期研究目標。取得的主要成果如下： （1）運用新建成的試驗系統，輕鬆獲得了一系列應力-應變全曲線。除了常見的壓子午面三軸受壓工況，還補充了少量拉子午面三軸受壓工況，以彌補真三軸受壓工況的缺乏。同時完成了一些小尺寸的箍筋/鋼管約束混凝土構件的載入試驗。為3維本構模型的建立提供了依據和支持。 （2）提出了塑性能貯存率這一熱力學廣義力，從唯象學的角度探索了塑性自由能的性質，給出了實用的函式表達式。並基於此為混凝土構建了完整的2維彈塑性損傷本構模型。 （3）從細觀力學和多尺度方法的觀點剖析了塑性自由能的物理本質，藉助微彈簧、微滑塊等抽象細觀元件以簡化的形式表示自由能，避開極為複雜的開裂介質數值模擬，給出了公開發表文獻中首個半解析函式表達式。可望為發展多尺度隨機損傷力學提供一種新的有效途徑。 （4）從數學形式的角度重新分析和整理了混凝土強度理論，為彈塑性損傷本構模型拓展了屈服函式和損傷載入函式的構造方法。重點研究了廣泛使用的Lubliner準則，闡明了它與雙重強化模型及後退歐拉回映算法的相容性，並揭示了它在三軸受拉和三軸受壓狀態下的局限性。 （5）提出了新穎的應力分解方式，分離出混凝土的三軸受壓損傷機制，建立起完整的3維彈塑性損傷本構模型。它是公開發表文獻中還未有的，能同時反映混凝土強化軟化、剛度退化、殘餘變形、拉壓單邊效應、約束效應等各項主要力學行為特徵的本構模型，為結構非線性分析提供了暫時無可替代的有力工具。
