混凝土動(dòng)力特性的有限元程序設(shè)計(jì).pdf

1、混凝土結(jié)構(gòu)在使用過程中不可避免的受到地震、海嘯、沖擊甚至爆炸等動(dòng)荷載的作用,目前通常采用混凝土材料的靜態(tài)力學(xué)性能對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力分析,然而許多研究表明混凝土材料具有率相關(guān)性,混凝土材料的動(dòng)態(tài)性能和靜態(tài)有明顯的差異,在混凝土結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析時(shí),其材料的動(dòng)態(tài)性能對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的影響不容忽視.然而,在用通用有限元軟件分析時(shí),按照自己提出的混凝土動(dòng)態(tài)本構(gòu)模型對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力計(jì)算非常困難.因此,本文自行編制了空間應(yīng)變率相關(guān)動(dòng)力有限元程序RDDP(Rate

2、-dependentDynamic Program)對(duì)之進(jìn)行實(shí)現(xiàn).本文作為河海大學(xué)院士學(xué)科發(fā)展基金項(xiàng)目"混凝土動(dòng)力特性及動(dòng)態(tài)損傷機(jī)理研究"(院士基金02-01)的子課題之一,主要進(jìn)行程序的編制工作,實(shí)現(xiàn)能夠反映混凝土動(dòng)態(tài)性能的動(dòng)力有限元計(jì)算.同時(shí),作為今后數(shù)值仿真的基礎(chǔ)工作,程序能夠通過數(shù)據(jù)交換,利用通用有限元軟件ANSYS進(jìn)行前后處理.首先,按照已有的混凝土動(dòng)態(tài)力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果,引入應(yīng)變率因子對(duì)混凝土單軸靜力應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系進(jìn)行修正,構(gòu)

3、造混凝土等效單軸動(dòng)態(tài)本構(gòu)模型,利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證,為了將模型用于數(shù)值計(jì)算,推導(dǎo)了考慮增量型本構(gòu)關(guān)系的增量型動(dòng)力方程求解格式.詳細(xì)介紹了FORTRAN程序設(shè)計(jì)流程和框圖,利用多種材料模型和加載條件對(duì)程序的各模塊進(jìn)行驗(yàn)證.最后,利用自編程序?qū)炷寥龔濣c(diǎn)梁靜、動(dòng)態(tài)加載試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行了數(shù)值計(jì)算,與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較分析.經(jīng)過多種模型的驗(yàn)證和計(jì)算,自編程序具有以下特點(diǎn)和功能,為進(jìn)一步編程打下良好的基礎(chǔ).1)自編程序能夠進(jìn)行考慮混凝土應(yīng)變率效應(yīng)的

4、空間結(jié)構(gòu)動(dòng)力有限元計(jì)算.2)程序能夠很好的通過數(shù)據(jù)交換利用ANSYS進(jìn)行前后處理.3)對(duì)于多種材料、多種加載方式的靜、動(dòng)力求解可以在同一程序中進(jìn)行實(shí)現(xiàn).程序中通過多個(gè)控制選項(xiàng),實(shí)現(xiàn)各種工況的組合求解.4)程序具有一定的通用性,提供了多個(gè)材料模型的選擇,應(yīng)用靈活,對(duì)于各種不同的模型表達(dá)式,便于進(jìn)行修改.通過對(duì)三彎點(diǎn)梁試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷挠?jì)算和分析,得出以下兩點(diǎn)結(jié)論:1)構(gòu)造的混凝土率型本構(gòu)模型和破壞準(zhǔn)則能夠反映出混凝土的強(qiáng)度隨應(yīng)變率的提高而增加的特