基于无单元伽辽金法的混凝土梁裂缝分析

混凝土材料的断裂过程具有非线性断裂特性，而无单元伽辽金法由于不需要单元网格，非常适用于分析非均匀材料的断裂问题。混凝土梁裂缝扩展分析利用无单元伽辽金法可以非常方便地调整节点分布的特点，通过增加裂缝节点和裂面边界的方法加以模拟。算例表明，利用无单元伽辽金法可以较准确地分析混凝土宏观裂缝的产生、扩展以及裂缝宽度变化。     

混凝土Ⅰ型裂缝扩展的氯离子渗透特征

为了研究荷载作用下混凝土结构裂缝扩展过程中的氯离子侵蚀问题,更加准确地描述不同扩展阶段裂缝周边的氯离子侵蚀特征,依据混凝土断裂准则,采用ANSYS参数化设计语言APDL进行二次开发,自编程序模拟了混凝土小梁Ⅰ型断裂裂缝开展过程;在断裂分析的基础上通过参数等效,采用结构-热分析方法,基于体应变-损伤变量-氯离子扩散系数一一映射关系,实现了混凝土裂缝扩展过程中各个阶段氯离子侵蚀的数值分析. 结果表明:不同裂缝扩展阶段,三点弯曲混凝土小梁裂缝周边氯离子侵蚀结果与试验结果吻合,荷载作用下混凝土裂缝尖端氯离子侵蚀呈现加剧现象,在混凝土结构耐久性寿命分析中起决定性作用;双K断裂准则和基于损伤参数的氯离子扩散模型能够模拟混凝土开裂过程氯离子侵蚀问题.      

带裂缝沥青小梁弯曲破坏的数值模拟

应用真实破裂过程分析系统(RFPA 2D),数值模拟与分析了带裂缝沥青混凝土小梁在三分点加载条件下的应力分布状态及其变化规律,讨论了沥青混合料的均质度、裂缝深度、裂缝与加载中心距离对含有竖向裂缝试样的裂纹扩展规律及断裂破坏的影响.模拟过程表明,试件本身的非均匀特性对破坏峰值强度,声发射次数分布规律及其裂纹的扩展有很大的影响.同时,梁的裂缝越深,与加载中心距离越小,则它的破坏峰值强度越小.     

α—N曲线的四参数方程拟合

用目前普遍采用的三参数方程对５组裂纹扩展α－Ｎ试验数据进行了拟合时发现,该方程对裂纹扩展全过程试验数据的拟合精度不高,特别是当Ｎ接近断裂寿命时误差变得很大。为此,提出了四参数方程,将确定方法中未知参数的问题化为求多元函数极小点的数学规划问题,用四参数方程来拟合裂纹扩展全过程α－Ｎ试验数据时可得到此三参数方程更好的拟合精度。     

基于无网格Galerkin方法研究混凝土损伤

采用无网格Galerkin方法来计算损伤问题与完全采用基于点的方法近似,不需要网格,避免了网格再生成的复杂过程,非常适合分析裂纹扩展、高速撞击和穿透等问题,具有广阔的应用前景。在众多无网格方法中,无网格Galerkin法以方法稳定、精度高、对离散点的不规则分布不敏感和最适合结构分析等优点受到了较多的关注。     

沥青路面裂纹扩展数值模拟及影响因素分析

应用线弹性断裂力学理论结合同时考虑交通与温度载荷的有限元方法来研究沥青路面裂纹扩展路径.采用1/4等参奇异性单元模拟裂纹尖端的应力奇异性,运用窗口移动技术模拟裂纹扩展路径,并发展了沥青路面裂纹扩展模拟程序.应用该程序模拟了不同荷载作用位置下路面结构中表面和基层底面裂纹的扩展情况,同时研究了路面结构层模量组合对沥青路面裂纹扩展的影响.模拟表明,该方法能较好地模拟裂纹扩展行为,有助于更好地了解沥青路面的开裂行为.     

基于无网格Galerkin方法研究混凝土损伤

采用无网格Galerkin方法来计算损伤问题与完全采用基于点的方法近似,不需要网格,避免了网格再生成的复杂过程,非常适合分析裂纹扩展、高速撞击和穿透等问题,具有广阔的应用前景.在众多无网格方法中,无网格Galerkin法以方法稳定、精度高、对离散点的不规则分布不敏感和最适合结构分析等优点受到了较多的关注.     

沥青路面裂纹扩展数值模拟及影响因素分析

应用线弹性断裂力学理论结合同时考虑交通与温度载荷的有限元方法来研究沥青路面裂纹扩展路径.采用1/4等参奇异性单元模拟裂纹尖端的应力奇异性,运用窗口移动技术模拟裂纹扩展路径,并发展了沥青路面裂纹扩展模拟程序.应用该程序模拟了不同荷载作用位置下路面结构中表面和基层底面裂纹的扩展情况,同时研究了路面结构层模量组合对沥青路面裂纹扩展的影响.模拟表明,该方法能较好地模拟裂纹扩展行为,有助于更好地了解沥青路面的开裂行为.     

沥青路面表面裂纹扩展模拟及影响因素分析

用基于线弹性断裂力学的有限元法，计算了3种深度路面表面裂纹分别在5种载荷(工况)作用下的应力强度因子及裂纹起裂角，模拟了表面裂纹向下扩展的路径，并分析了路面结构层组合和温度对沥青路面表面裂纹扩展的影响．结果表明，温度、结构层厚度和面层弹性模量对裂纹扩展有明显的影响，且表面裂纹深度越大，影响越显著．     

沥青路面裂纹的形成机理及扩展行为

沥青路面耐久性较差,容易出现低温开裂、疲劳开裂、车辙等问题,在外界荷载作用下,沥青路面微观裂纹逐渐发展为宏观裂纹.裂纹扩展会导致沥青路面服务能力变差,路面使用性能下降.以邢台邢清公路为例,在分析沥青路面裂纹破损类型的基础上,对沥青路面裂纹形成机理进行研究,应用模拟程序APCPPS2D进行了沥青路面裂纹扩展路径研究.     

Numerical Study of Quasi-Static Crack Growth Problems Based on Extended Finite Element Method

The extended finite element method（XFEM） is a numerical method for modeling discontinuities within a classical finite element framework. Based on the algorithm of XFEM, the major factors such as integral domain factor and mesh density which all influence the calculation accuracy of stress intensity factor（SIF） are discussed,and the proper parameters to calculate the SIF are given. The results from the case analysis demonstrate that the crack path is the most sensitive to the crack growth increment size, and the crack path is not mesh-sensitive. A reanalysis method for the XFEM has been introduced. The example presented shows that there is a significantly reduced computational cost for each iteration of crack growth achieved by using the reanalysis method and the reanalysis approach has increasing benefits as the mesh density increases or the value of crack growth increments size decreases.     

带裂缝混凝土材料力学分析的一种新方法

带裂缝混凝土的拉伸破坏机理比较复杂，尚无合适或简便的力学模型和研究方法。结合线弹性断裂力学性能，借鉴复合材料力学分析方法，建立一种有限子层剪滞模型，对于带裂缝混凝土试样受拉伸的破坏问题不失为一种有效的分析方法。     

钢筋混凝土结构锈胀裂缝的计算机模拟

根据钢筋混凝土锈胀动力学原理,推导出锈蚀钢筋周围混凝土锈胀位移场的表达式。并用基于虚拟裂缝模型（ＦＭ）的非线性有限元方法,建立了钢筋混凝土结构的锈胀裂缝开裂过程的分析模型,利用编制的程序,对钢筋混凝土构件的锈裂过程进行了计算机模拟,结果表明,该模型为获得了锈胀开裂条件以及锈蚀量与锈胀裂缝宽度之间的定量关系提供了可能。     

基于构型力断裂准则的骨料干涉作用分析

为研究沥青混凝土内部裂纹初始构型（如裂纹初始偏转角,空间位置）的改变对裂纹扩展路径以及裂纹扩展方式的影响,以裂尖构型力为断裂准则,通过扩展有限元XFEM建立具有不同初始构型的裂纹模型,模拟裂纹经过单骨料和非对称双骨料的情况;从裂纹扩展路径和裂尖构型力变化等方面分析骨料干涉作用下裂纹初始构型对裂纹扩展的影响.结果表明：1）在单骨料干涉作用下,裂尖构型力随骨料与初始裂尖夹角的增大而逐渐增大,表明骨料对裂纹扩展的干涉作用逐渐减弱,当其超过60°后,骨料对裂纹扩展的干涉作用可忽略不计;2）在非对称双骨料干涉作用下,随着骨料圆心连线与x轴夹角的增大,双骨料对裂纹扩展干涉作用愈加明显,当其大于45°时,裂尖构型力明显偏小,即骨料对裂纹扩展表现出“止裂”效果;3）当裂纹初始偏转角发生改变时,单骨料与非对称双骨料对裂纹扩展的干涉作用具有相似性,其裂尖构型力随偏转角增大呈现先增加后减小的趋势;4）当偏转角为45°时,裂尖构型力偏大,意味着裂纹趋于非稳定状态,骨料对裂纹扩展的抑制效果较弱,致使骨料对沥青混合料抗裂性能的提高受到一定限制.     

少筋混凝土梁三点弯曲断裂过程的数值模型

基于少筋混凝土结构的破坏原理,提出了混凝土裂纹处存在钢筋的力学分析模型,把钢筋对混凝土的作用力假想为一对集中力,钢筋位于混凝土弹性区时,认为钢筋与混凝土连为一体;当钢筋与混凝土裂纹相遇时,考虑钢筋与混凝土之间存在脱粘的部分段。同时根据直线形的混凝土拉应变软化曲线,在过程区各节点上设置无体积、无长度的虚拟弹簧,对少筋混凝土三点弯曲试件的断裂过程进行有限元数值分析。模拟了不同配筋率下少筋混凝土三点弯曲试件起裂、扩展、破坏的全过程,计算结果显示:配筋率对裂缝扩展有很大影响。     

含有裂纹水泥混凝土路面的理论分析

以断裂力学理论为基础,将水泥混凝土路面视为Winkler地基上的弹性板,利用傅立叶积分变换,并引入位错密度函数,建立了奇异积分方程,推导出水泥混凝土路面表面存在裂纹时裂纹尖端应力强度因子的解析表达式,然后应用Lobatto-Chebyshev数值方法求解奇异积分方程,得到了应力强度因子的数值解.以实际路面为例,计算了裂...     

超密实沥青混凝土Ⅰ - Ⅱ复合型裂纹扩展研究

为了研究低温地区超密实型沥青混凝土内部Ⅰ - Ⅱ复合型微裂纹扩展规律,基于Eshelby等效夹杂理论和最大周向应力断裂准则,建立了当复合型裂纹发生失稳型扩展时其内部微裂纹偏转角β与应力场之间的关系,并确定了扩展方向;建立沥青混凝土细观离散元模型,考虑沥青混凝土的黏弹性,分析了内部微裂纹β对复合裂纹扩展的影响规律. 研究结果表明:对二维平面问题,β的变化主要引起裂纹在沥青混凝土中分布状态的变化,在极大程度上造成了沥青混凝土的宏观有效弹性模量和剪切模量在时域内的减小;在常荷载作用下,β的增大造成了宏观裂纹孕育和扩展历程的缩短,还致使复合型裂纹由Ⅰ型裂纹逐渐转变为Ⅱ型裂纹;β的增大不仅使裂尖域内应力场发生一定偏转,而且导致裂尖域内应力场和衰坏区的减小.      

Fiber concrete under temperature drop load with stochastic FEM

Plain concrete plate and fiber concrete plate subjected to temperature drop load were analyzed on stochastic finite element method （FEM）. It is found that fibers can enhance concrete ability to resist temperature drop load for improving concrete＇s fracture energy and deferring the crack process. It is found for concrete not to improve apparently its tensile strength and fracture energy is recommended to be its appraisal parameter.