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【6h】

基于弧长法和硬化塑性的钢筋砼非线性三维有限元分析

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非线性有限元分析能够深入认识钢筋混凝土结构受荷后的整体和局部的反应.本文的研究致力于发展可用于研究钢筋混凝土非线性特性的三维有限元分析的计算方法.本文提出了一个钢筋混凝土三维非线性有限元分析的理论框架,其中特别采用了Ottosen屈服准则.Ottosen屈服准则是一个包含所有三个应力不变量的四参数模型,因而能很准确地描述混凝土的实验结果,是可用的较符合实际的模型之一.在硬化塑性问题中,应力-应变关系在某一范围内假定为线性;超出这一范围后材料就开始硬化,并且其应力状态将随塑性流动而变化.因此将不再存在一个不变的加载曲面.在塑性流动过程中,后继加载曲面如何变化取决于硬化规则.为实现这种硬化过程,提出了新的确定后继加载曲面的方法.达到峰值应变后,材料将开始软化.使用应力空间描述并在非线性分析中包含软化段的分析一般会导致无法区别塑性软化加载和弹性卸载的困难.为克服此困难,一般可采用应变空间描述.本文则提出在应力空间描述中附加条件的方法来进行塑性加载软化段的分析.因此,本文采用了经过上述改进后的应力空间描述,并也探索了在三维非线性分析中实现应变空间描述的可能性.混凝土单元采用八节点等参砖块单元,这样能够有助于较好地表示混凝土材料的特性.本文结合所提出的材料建模计算方法,使用弧长法来作为解路径追踪方法来探索这一前沿领域,以使能对混凝土的三维特性进行描述.这些方法的综合运用,不仅解决奇异点的问题,而且也解决加载步长的问题,因为在非线性分析中步长通长须很小.在弧长法中,把步长作为一个变量,并且根据在上一步长中的迭代次数来自动地计算出合适的步长.为在沿荷载-位移曲线行进时能识别出奇异点,使用了各种奇异性检验函数.为不致使计算时间过长,主要采用了用刚度矩阵行列式的符号来判断奇异点的方法.在本文中,使用柱面弧长法来作为路径追踪的方法.然而,在所编的程序中,经略为修改,同样可以使用其他各种弧长法.

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