混凝土細觀損傷模擬與數值尺寸效應研究

《混凝土細觀損傷模擬與數值尺寸效應研究》是依託同濟大學，由任曉丹擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：混凝土細觀損傷模擬與數值尺寸效應研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：任曉丹
• 依託單位：同濟大學

中文摘要

在混凝土細觀隨機結構實驗觀測的基礎上，深入研究混凝土細觀結構的組成特點，建立合理的混凝土細觀結構的描述方法；在此基礎上，基於固體計算力學最新發展的細觀模擬方法，精細模擬混凝土細觀裂縫群的產生和發展過程，研究混凝土細觀應力隨機重分布規律；基於多尺度理論，選取合適的狀態變數作為尺度間的橋樑，從細觀數值模擬結果出發求解巨觀損傷隨機演化規律，並與多維連續損傷模型相結合，構成多尺度隨機損傷模型的完整體系；採用所建立的多尺度隨機損傷模型模擬混凝土結構的全過程非線性行為，有針對性地探索尺寸效應等傳統結構非線性分析難以處理的問題，為結構非線性分析與設計提供理論工具與技術支持。

結題摘要

混凝土的細微觀結構對材料的巨觀損傷演化有著顯著的影響，而混凝土材料損傷的產生和發展是結構發生動力災變的根本原因之一。本項目研究從混凝土的微-納觀結構出發，採用現代試驗技術測試了混凝土微-納觀結構的力學性質。基於隨機場理論，對混凝土的微-納觀試驗數據進行了詳細的解構和分析，提取了混凝土細觀隨機結構的分布和相關特性，進而為基於隨機諧和函式方法進行混凝土細觀斷裂隨機場的建模提供了控制參數取值。引入內聚單元方法對混凝土細觀斷裂隨機場進行離散，對混凝土的細觀力學行為進行了精細的數值模擬。進而基於多尺度理論，提出了多尺度能量積分，基於混凝土細觀數值模擬結果得到巨觀損傷演化，研究了巨觀損傷演化與單元體幾何尺度的依賴性，發展了數值尺寸效應的概念。最後，利用基於細觀分析結果得到的多尺度損傷演化規律進行結構的巨觀動力災變模擬。特別研究了蘇州中南中心等超高層結構在強震作用下的非線性行為和倒塌全過程。通過本項目研究，混凝土多尺度損傷理論已經基本成型，並且在結構分析和模擬中取得了套用。