非線性動力損傷力學(xué)理論及其數(shù)值分析模型.pdf

1、損傷力學(xué)是一門新興的力學(xué)分支,主要是在上世紀(jì)七十年代后期發(fā)展起來的.目前損傷力學(xué)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(jié)構(gòu)非線性動力損傷問題的研究是結(jié)構(gòu)動力學(xué)理論和損傷力學(xué)理論研究的前沿課題.重要建筑物或大壩結(jié)構(gòu)的抗震及防護(hù)問題是關(guān)系到國計(jì)民生的重要工程問題,研究重要建筑物或大壩結(jié)構(gòu)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(yīng)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(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)有重要的參考價值.因此,對重要建筑物或大壩結(jié)構(gòu)的非線性動力損傷問題進(jìn)行研究不僅具有重要的學(xué)術(shù)意義也具有非常重要的實(shí)際工程意義.本文首先將最小耗能原理應(yīng)用于線彈性材料的脆性損傷問題,建立了基于"應(yīng)變等效"和"余應(yīng)變能等效"兩種損傷力學(xué)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(gòu)方程和脆性損傷應(yīng)變能釋放率模型.進(jìn)一步將損傷、滲流及孔隙率演化等相互耦合的有效應(yīng)力概念引入Mohr-Coulomb破壞準(zhǔn)則,對巖石類材料提出了一種可考慮介質(zhì)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(nèi)摩擦角等抗剪強(qiáng)度參數(shù)的影響,對損傷巖體介質(zhì)提出了隨損傷演化的有效粘聚力和有效內(nèi)摩擦角的概念.本文的第四章把基于"應(yīng)變等效"和"余應(yīng)變能等效"兩種損傷力

4、學(xué)基本假定的損傷模型分別引入粘-彈-塑性本構(gòu)關(guān)系,并把最小耗能原理與損傷理論相結(jié)合,在試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷幕A(chǔ)上給出了巖石類損傷介質(zhì)的粘-彈-塑性應(yīng)變速率、粘-彈-塑性損傷發(fā)展速率和粘-彈-塑性材料積累強(qiáng)弱化速率所描述的巖石類介質(zhì)的粘-彈-塑性非線性損傷演化方程,提出了一種巖石類介質(zhì)的粘-彈-塑性動力損傷破壞模型.同時在數(shù)值分析的基礎(chǔ)上,對粘-彈-塑性損傷模型的非線性演化特征進(jìn)行了討論.并對提出的粘-彈-塑性動力損傷模型與文獻(xiàn)中的試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證和

5、對比,發(fā)現(xiàn)數(shù)值計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好.本文的第五章給出了損傷結(jié)構(gòu)的動力有限元離散方法,它包括損傷結(jié)構(gòu)的動力平衡方程、損傷剛度矩陣、應(yīng)變-位移矩陣、損傷阻尼矩陣和材料非線性演化方程的計(jì)算.文中對材料非線性和幾何大變形的情況聯(lián)合進(jìn)行了討論.通過數(shù)值算例討論了損傷對結(jié)構(gòu)阻尼的影響.在前兩章的非線性損傷動力學(xué)理論基礎(chǔ)上對巖石類結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)情