非線性動力損傷力學理論及其數值分析模型.pdf

1、損傷力學是一門新興的力學分支,主要是在上世紀七十年代后期發(fā)展起來的.目前損傷力學的研究工作主要還集中在靜力荷載作用下材料的各種損傷問題,對動力荷載作用下材料的非線性動力損傷問題研究的還不多.尤其是對混凝土、節(jié)理巖體等材料的非線性動力損傷理論研究才剛剛起步,因此,結構非線性動力損傷問題的研究是結構動力學理論和損傷力學理論研究的前沿課題.重要建筑物或大壩結構的抗震及防護問題是關系到國計民生的重要工程問題,研究重要建筑物或大壩結構系統(tǒng)在動力荷

2、載特別是地震荷載作用下的非線性動力響應和非線性動力損傷過程是非常重要的,它對重要建筑物或大壩結構的抗震設計有重要的參考價值.因此,對重要建筑物或大壩結構的非線性動力損傷問題進行研究不僅具有重要的學術意義也具有非常重要的實際工程意義.本文首先將最小耗能原理應用于線彈性材料的脆性損傷問題,建立了基于"應變等效"和"余應變能等效"兩種損傷力學基本假定下各向同性材料的脆性損傷模型A和B;得到了針對兩種不同損傷模型A和B的脆性損傷發(fā)展方程、脆性損

3、傷本構方程和脆性損傷應變能釋放率模型.進一步將損傷、滲流及孔隙率演化等相互耦合的有效應力概念引入Mohr-Coulomb破壞準則,對巖石類材料提出了一種可考慮介質損傷、巖體斷裂、孔隙壓力變化、孔隙率演變等過程的非線性脆性動力損傷破壞的模型.該模型可描述材料損傷劣化狀態(tài)對巖石類材料凝聚力和內摩擦角等抗剪強度參數的影響,對損傷巖體介質提出了隨損傷演化的有效粘聚力和有效內摩擦角的概念.本文的第四章把基于"應變等效"和"余應變能等效"兩種損傷力

4、學基本假定的損傷模型分別引入粘-彈-塑性本構關系,并把最小耗能原理與損傷理論相結合,在試驗模型的基礎上給出了巖石類損傷介質的粘-彈-塑性應變速率、粘-彈-塑性損傷發(fā)展速率和粘-彈-塑性材料積累強弱化速率所描述的巖石類介質的粘-彈-塑性非線性損傷演化方程,提出了一種巖石類介質的粘-彈-塑性動力損傷破壞模型.同時在數值分析的基礎上,對粘-彈-塑性損傷模型的非線性演化特征進行了討論.并對提出的粘-彈-塑性動力損傷模型與文獻中的試驗進行了驗證和

5、對比,發(fā)現數值計算結果與實驗結果吻合較好.本文的第五章給出了損傷結構的動力有限元離散方法,它包括損傷結構的動力平衡方程、損傷剛度矩陣、應變-位移矩陣、損傷阻尼矩陣和材料非線性演化方程的計算.文中對材料非線性和幾何大變形的情況聯合進行了討論.通過數值算例討論了損傷對結構阻尼的影響.在前兩章的非線性損傷動力學理論基礎上對巖石類結構分別建立了脆性動力損傷有限元模型和粘-彈-塑性動力損傷有限元模型.本文的第六章介紹了龍灘混凝土重力壩的工程設計情