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自动元胞理论模型在混凝土与剪力墙数值试验中的应用

作　者: 许恢虎
导　师: 远方
学　校: 天津大学
专　业: 结构工程
关键词: 自动元胞理论模型工程结构仿真试验自动元胞机损伤断裂
分类号: TU375
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

本文根据混凝土的结构与破坏特征,建立了一种自动元胞理论模型,该模型考虑了混凝土材料的非均质性、非连续性和各向异性等特征,可以更有效地模拟混凝土的破坏过程,对进一步研究混凝土的非线性特征具有重要的应用价值。混凝土组成材料力学性质复杂,其变形及破坏过程的研究也非常复杂,研究混凝土的断裂过程有利于对其断裂特征及机制的认识,从而为防止这种断裂的发生提供力学基础。自动元胞机是在随机初始条件下通过构造简单的数学规则,来描述离散动力系统内部单元之间因强烈的非线性作用而导致系统自组织演化过程的一种数学模型,是解决复杂问题的有效工具。本文应用自动元胞机模拟混凝土的破坏过程是从一个新的细观角度来讨论混凝土的损伤断裂。本文在AutoCAD平台下采用VBA、VB.Net计算机语言进行二次开发,引入数据库技术,分别创建了计算机仿真的建模系统和计算系统,针对工程中常用的混凝土,用自动元胞理论模型生成了相应的数值试样,对它们进行了单轴载荷下的抗拉、抗压数值模拟。数值模拟结果与实验结果表现出较好的一致性,证明了本模型的合理性和有效性。对普通钢筋混凝土短肢剪力墙节点试验进行了数值模拟,分析结果中数值节点的裂缝发展显示与实际情况吻合较好,表明了应用该模型于工程结构仿真试验的可行性。总之,本文为混凝土力学性能的数值模拟以及工程结构仿真系统中数学模型的应用提供了新的研究途径,也是进行混凝土在多轴受力情况下的数值模拟的基础性工作。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-11
  1.1 数值仿真试验的优势  7
  1.2 工程结构数值仿真系统仿真思路  7-8
  1.3 仿真系统中的数学模型  8-9
  1.4 本文研究工作及主要内容  9-11
第二章自动元胞理论与其仿真应用模型  11-27
  2.1 自动元胞机理论背景  11-12
  2.2 自动元胞机原理  12-16
    2.2.1 自动元胞机的定义  12-13
    2.2.2 自动元胞机的构成  13-15
    2.2.3 自动元胞机的一般特征  15-16
  2.3 自动元胞理论应用模型  16-27
    2.3.1 自动元胞理论模型对混凝土结构非均匀性的考虑  17-19
    2.3.2 自动元胞理论模型中混凝土的破坏准测和损伤机制  19-22
    2.3.3 模型中混凝土的本构关系  22-24
    2.3.4 模型理论公式的建立  24-27
第三章自动元胞理论模型仿真系统的实现与参数研究  27-48
  3.1 数值仿真系统的开发  27-36
    3.1.1 建模系统  27-32
    3.1.2 计算系统  32-34
    3.1.3 数据库技术  34-36
  3.2 数值仿真系统实现方法  36-39
    3.2.1 元胞单元法的引入  36-38
    3.2.2 程序中支撑条件的引入方法  38-39
  3.3 数值模拟过程的可视化实现  39
  3.4 模型中参数定义与研究  39-48
    3.4.1 数值试验单元尺寸与幻化数的确定  40-44
    3.4.2 模型杆件强度分布理论的建立与参数的引入  44-45
    3.4.3 影响邻杆系数的分析  45-47
    3.4.4 模拟常用混凝土的参数选择  47-48
第四章自动元胞理论模型仿真系统的应用  48-63
  4.1 理论模型中钢筋的添加处理  48-51
    4.1.1 常用数值分析中的钢筋混凝土模型  48-49
    4.1.2 本文模型中钢筋的本构关系  49-50
    4.1.3 模型中添加钢筋  50-51
  4.2 钢筋混凝土普通短肢剪力墙试验  51-63
    4.2.1 真实试验情况简介  54-55
    4.2.2 本文模型对试验中剪力墙节点的模拟  55-63
第五章结论与展望  63-65
  5.1 结论  63
  5.2 展望  63-65
参考文献  65-67
发表论文和科研情况说明  67-68
致谢  68

自动元胞理论模型在混凝土与剪力墙数值试验中的应用

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