溫度場作用下斷裂過程區(qū)有限元分析研究.pdf

1、帶裂紋體受溫度場和一般荷載共同作用是工程中常見的問題。但由于結(jié)構(gòu)性能和溫度場的模擬都很復(fù)雜，目前對于這種情況的研究還很少?；炷敛牧暇哂袠O其復(fù)雜的物理力學(xué)性能，使結(jié)構(gòu)的性能變得更為復(fù)雜。在混凝土裂縫失穩(wěn)擴展前，裂紋尖端存在著一帶軟化特性的、粘結(jié)力隨張開位移的增大而減小的斷裂過程區(qū)。在應(yīng)用有限元方法分析混凝土結(jié)構(gòu)時，通常不考慮斷裂過程區(qū)內(nèi)混凝土內(nèi)力的傳遞，而且在混凝土裂縫的處理上，很少采用斷裂力學(xué)的方法?；炷两Y(jié)構(gòu)內(nèi)，它的裂縫可能出現(xiàn)多條

2、，并且裂縫的位置和方向不能預(yù)先知道，若用斷裂力學(xué)的有限元分析方法是非常復(fù)雜的。當前，斷裂力學(xué)研究比較多的是單一裂縫的發(fā)展，對于處理成批的裂縫還有許多工作要做。本文引入斷裂過程區(qū)的概念，對帶單一裂縫的混凝土構(gòu)件在穩(wěn)定溫度場作用下的斷裂問題進行有限元分析，主要研究內(nèi)容如下： (1)建立帶裂縫混凝土構(gòu)件模型，把求溫度場對混凝土的作用轉(zhuǎn)化為求解混凝土的溫度分布和溫度應(yīng)力。先在混凝土構(gòu)件的邊界上施加溫度，根據(jù)規(guī)定溫度梯度或材料導(dǎo)熱系數(shù)計算

3、溫度分布，從而可以求得溫度應(yīng)力。 (2)由虛擬裂紋模型和Duan-Nakagawa模型可知，裂紋尖端的斷裂過程區(qū)實際上仍然有一定的應(yīng)力傳遞，會對裂紋擴展產(chǎn)生影響。根據(jù)直線形的混凝土拉應(yīng)變軟化曲線，在斷裂過程區(qū)各節(jié)點上設(shè)置無質(zhì)量、無長度、剛度隨節(jié)點位移呈非線性變化的虛擬彈簧，用彈簧來模擬混凝土斷裂過程區(qū)應(yīng)力的傳遞。以混凝土的抗拉強度f<,t>和臨界裂紋尖端張開位移(CTOD<,C>)作為控制參數(shù)，結(jié)合有限元法，對混凝土在溫度場作用

4、下斷裂的全過程進行了模擬。 (3)對大型程序軟件Ansys進行二次開發(fā)，用逐級加載的方式模擬混凝土板構(gòu)件在溫度場作用下的斷裂過程，得到了構(gòu)件荷載一位移曲線和裂紋尖端的變化情況，反映了溫度場對裂縫擴展的影響。另外，還對帶一單邊裂紋的簡支梁和兩端固定混凝土梁在穩(wěn)定溫度場作用下裂縫尖端附近的受力情況進行了比較，進一步說明溫度場對有缺陷結(jié)構(gòu)的影響不容忽視。 從帶裂縫混凝土結(jié)構(gòu)斷裂模型建立到有限元分析，本文較為系統(tǒng)的對斷裂過程進行