结构损伤多尺度模拟与分析PDF电子书下载

第一章 绪论 1

第二章 微细、宏观尺度上材料与结构的损伤特征观测与分析 8

2.1金属结构焊接区的微细观缺陷及其演化特性 8

2.1.1焊接结构内部缺陷探测 9

2.1.2两类主要初始缺陷 11

2.1.3细观裂纹演化特性 12

2.1.4细观孔洞演化特性 16

2.2焊接区域损伤演化的分形特征 20

2.2.1分形的概念 20

2.2.2焊接损伤区域裂纹扩展的分形特征 21

2.2.3细观孔洞演化过程中的分形维数 23

2.3多尺度同步观测与分析获得的钢结构疲劳损伤跨尺度演化特征 25

2.3.1观测方法 26

2.3.2疲劳裂纹萌生机制分析 28

2.3.3疲劳裂纹扩展规律 31

2.3.4疲劳裂纹萌生过程中的损伤多尺度特征分析 33

2.3.5宏细观损伤与结构响应的关联性分析 34

2.3.6易损部位损伤导致的结构响应非线性效应 36

2.4 混凝土类脆性材料细宏观损伤特征及其演化特性 38

2.4.1混凝土在材料层次上的微细宏观损伤特征及演化特性 39

2.4.2构件和结构层次上的混凝土损伤特征及演化特性 41

第三章 不同尺度上材料与结构损伤的合理表征及其量化方法 44

3.1焊接损伤区的分形损伤跨尺度表征 44

3.1.1含细观裂纹的焊接区域中分形损伤跨尺度表征 44

3.1.2含细观孔洞的焊接区域中分形损伤跨尺度表征 47

3.2金属疲劳损伤多尺度表征及其跨尺度演化规律 50

3.2.1微裂纹成核与扩展行为 50

3.2.2疲劳损伤变量的定义 52

3.2.3描述疲劳微裂纹成核与扩展行为的多尺度损伤演化方程 52

3.2.4模型参数反演与模型验证 54

3.3脆性材料中分布式微裂纹的损伤表征方法 56

3.3.1含大量分布裂纹的无限大脆性固体的细观力学模型 57

3.3.2微裂纹对混凝土材料宏观性能的影响 58

3.4由微裂纹跨尺度扩展主导的混凝土损伤演化过程数值模型 64

3.4.1模拟准则与建模流程 64

3.4.2裂纹扩展准则 68

3.4.3裂纹扩展过程中的各种扩展形态的模拟 70

3.4.4数值模拟案例 72

3.5构件与结构中的耗能型损伤的表征与量化方法 74

3.5.1构件与结构耗能型损伤表征的思路及原理 75

3.5.2构件与结构耗能型损伤量化方法 77

3.5.3常用的工程结构损伤指标 80

3.5.4典型钢筋混凝土框架结构的损伤量化分析 82

3.6钢架结构局部与整体损伤的表征与量化方法 91

3.6.1易损局部的特征及其定义 91

3.6.2结构损伤演化过程分析中的各层次代表性体元及其尺度特征 92

3.6.3构件层次上的损伤表征与量化方法 94

3.6.4结构层次上的损伤表征与量化方法 95

3.6.5各类典型钢架结构的损伤量化方法 96

3.6.6节点处的损伤对结构损伤的影响 101

3.6.7框架结构中构件层次损伤与结构层次损伤之间的关联性 102

3.6.8结构损伤模拟与量化分析案例：门式钢框架结构 103

第四章 结构损伤多尺度分析的基本方程与计算方法 106

4.1结构损伤多尺度分析的基本方程 106

4.1.1串行嵌套多尺度方法的基本方程 107

4.1.2一致多尺度方法的基本方程 110

4.2串行嵌套式多尺度计算方法 112

4.2.1物理平均化方法 112

4.2.2数学渐进均匀化方法 114

4.2.3两种方法的联系与区别 121

4.3一致多尺度计算方法及跨尺度界面单元衔接 121

4.3.1跨尺度界面位移协调方法 123

4.3.2跨尺度界面应力连续方法 124

4.3.3约束方程由局部坐标系到整体坐标系的转换 127

4.4考虑局部损伤演化的结构抗震性能多尺度分析方法 130

4.4.1地震荷载下钢材损伤演化率与损伤本构关系 130

4.4.2钢结构地震损伤多尺度分析方法及其实施流程 131

4.4.3细观损伤演化对连接构件抗震性能的影响 133

4.4.4由损伤演化导致的钢桁架结构失效进程的分析 140

第五章 结构损伤多尺度分析的实施流程及其验证 144

5.1基于ABAQUS软件二次开发的结构损伤分析算法 144

5.1.1 UMAT及其调用方法 145

5.1.2 UMAT子程序的实施流程 146

5.1.3弹塑性状态和损伤状态的决定 147

5.1.4耦合材料损伤的应力更新算法 149

5.1.5一致切线模量的定义和求解 151

5.1.6实施过程中的主要问题和注意事项 152

5.1.7 ABAQUS内核语言Python及基本功能 153

5.2嵌套多尺度方法的算法流程及其有效性验证 153

5.2.1基于均匀化方法的嵌套多尺度分析的算法流程 154

5.2.2嵌套多尺度方法的算法与程序验证 155

5.3一致多尺度方法的算法流程及其验证 157

5.3.1结构损伤一致多尺度计算的流程 157

5.3.2一致多尺度方法的有效性验证 158

第六章 损伤跨尺度演化致混凝土构件局部失效的模拟与分析 163

6.1混凝土梁损伤演化致失效的多尺度分析方法 163

6.1.1混凝土梁损伤跨尺度演化分析模型 163

6.1.2四点弯曲梁损伤算例分析 165

6.2损伤跨尺度演化导致的混凝土梁强度的尺寸效应 167

6.2.1三点弯曲梁损伤多尺度模型 167

6.2.2计算结果与分析 169

6.2.3混凝土梁尺寸效应的发生机理分析 171

6.3钢筋混凝土粘结界面损伤多尺度模拟 173

6.3.1钢筋混凝土拉拔构件细观损伤分析模型 174

6.3.2钢筋混凝土粘结界面损伤多尺度模拟 176

6.3.3钢筋混凝土粘结界面损伤多尺度分析 177

6.4钢筋混凝土构件损伤演化致失效过程的自适应模拟与计算方法 182

6.4.1基于材料细观构造图像的混凝土细观模型建立方法 182

6.4.2混凝土材料细观损伤演化过程模拟的基本方程 185

6.4.3混凝土构件损伤跨尺度演化过程的自适应模拟与分析的策略 190

6.4.4混凝土损伤演化跨尺度自适应分析的有限元基本方程 193

6.5混凝土构件损伤演化致失效的自适应模拟与分析案例 197

6.5.1钢筋混凝土拉拔损伤演化过程的细观数值模拟 197

6.5.2混凝土柱在模拟地震荷载下的损伤演化致失效分析 199

第七章 混凝土损伤演化致结构失效过程的多尺度跨层次自适应模拟与分析 203

7.1混凝土结构损伤演化过程的多尺度跨层次自适应模拟策略 204

7.2损伤演化多尺度跨层次分析的区域自适应有限元理论 208

7.2.1损伤多尺度跨层次演化过程自适应分析的区域变分原理 208

7.2.2损伤多尺度跨层次演化过程自适应分析的有限元方程组 210

7.3混凝土框架结构损伤演化致失效的多尺度跨层次自适应分析 213

第八章 大跨桥梁钢箱梁结构疲劳损伤演化过程的多尺度跨层次模拟 219

8.1高、低周疲劳交互作用下的疲劳损伤多尺度模拟与分析方法 219

8.1.1高、低周疲劳交互作用下的疲劳损伤演化方程 220

8.1.2多尺度疲劳损伤模型的参数反演与模型验证 225

8.2考虑钢材内部微观缺陷的高低周疲劳损伤多尺度模拟与分析方法 227

8.2.1考虑钢材微观构造的疲劳损伤多尺度模拟与分析方法 227

8.2.2基于钢材微观构造图像的高低周疲劳损伤多尺度模拟与分析方法 229

8.2.3疲劳短、长裂纹共同扩展导致的疲劳损伤演化过程分析案例 230

8.3大跨桥梁钢箱梁结构疲劳损伤累积过程分析方法 232

8.4昂船洲大桥钢箱梁结构疲劳损伤多尺度跨层次演化过程模拟 235

参考文献 243

作者简介 245

彩图附录 247