基于擴(kuò)展有限元法的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)斷裂過程模擬研究.pdf

1、擴(kuò)展有限元法（eXtended Finite Element Method，XFEM）通過在傳統(tǒng)有限元形函數(shù)的基礎(chǔ)上增加跳躍函數(shù)及漸近位移場(chǎng)函數(shù)來反映裂紋的力學(xué)行為，既保留了傳統(tǒng)有限元的所有優(yōu)點(diǎn)，又克服了在裂紋面及裂紋尖端高應(yīng)力和變形集中區(qū)進(jìn)行高密度網(wǎng)格剖分所帶來的困難，成為了近年來求解以裂紋問題為代表的不連續(xù)力學(xué)問題的有效方法。粘聚裂紋模型能較好地反映混凝土材料的應(yīng)變軟化特性，且物理意義明確，本文將擴(kuò)展有限元法和粘聚裂紋模型相結(jié)合，對(duì)

2、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的斷裂問題進(jìn)行研究，論文內(nèi)容如下：
　　(1)從混凝土斷裂問題的研究現(xiàn)狀入手，分析了各種混凝土斷裂數(shù)值方法的優(yōu)缺點(diǎn)，總結(jié)了國內(nèi)外研究XFEM的現(xiàn)狀。
　　(2)介紹了混凝土斷裂力學(xué)的基本理論、斷裂模式及相應(yīng)模式裂紋尖端的應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)，詳細(xì)闡述了復(fù)合裂紋的斷裂理論，并確定采用最大周向拉應(yīng)力理論來判斷裂紋的開裂及開裂角。概述了混凝土非線性斷裂力學(xué)中斷裂過程區(qū)的概念，給出了考慮混凝土非線性的兩種裂紋模型，分析了各自

3、的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合XFEM，建立了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂紋擴(kuò)展計(jì)算方法。
　　(3)給出了應(yīng)力強(qiáng)度因子（SIF）常用的計(jì)算方法，將采用相互作用積分法求解應(yīng)力強(qiáng)度因子。歸納了常用的三種拉應(yīng)變軟化曲線，闡述了斷裂能Gf的測(cè)定和計(jì)算方法。
　　(4)基于XFEM算法對(duì)中心斜裂紋拉伸板中裂紋的I型、II型應(yīng)力強(qiáng)度因子進(jìn)行計(jì)算，對(duì)XFEM算法的準(zhǔn)確性及有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　(5)結(jié)合 XFEM及粘聚裂紋模型對(duì)素混凝土梁及不同配筋形式的鋼