多重随机等效平面桁架模型理论研究

论文摘要

混凝土、岩石等非均匀脆性材料的力学模型大多是基于对其材料宏观层次的认识,主要特点是把具有多相、非均匀性质的材料理想化为均质、连续体进行建模,这种简化尽管在一定程度上满足了工程实践的需要,但却难以用这种方法研究混凝土、岩石等非均匀脆性材料在外荷载作用下裂纹萌生、扩展及贯通而导致的由细观层次到宏观层次的损伤与断裂过程。非均匀脆性材料是一类内部充斥着微裂纹、微空隙的非均匀材料,在传统的数值仿真试验中,一般都要划分大量的计算单元来描述这类材料中的微裂纹和微空隙,使数值仿真试验复杂化,在一定程度上限制了该技术的广泛应用。本文提出了一种模拟类似混凝土、岩石等非均匀脆性材料破坏过程的新的数值仿真试验模型,称为多重随机等效平面桁架模型,即平面桁架结构通过其结点随机扰动、多重叠加形成的模型,并建立了模型中的一系列理论公式。该模型以自动元胞机原理为几何剖分的理论基础,通过增加剖分单元间的相互联系而非单元数量的方法,实现对材料细观层次足够细致的状态描述,从而达到对材料不同非均匀程度可控的目的,大大降低了结点数量,减少了计算时间。在AutoCAD平台下采用VBA、VB.Net计算机语言进行二次开发,分别创建了计算机仿真的建模系统和计算系统;引入数据库技术,使得数据库不但成为两个系统进行数据信息交换的媒介,而且也使AutoCAD平台下的结构模型具有了必要的数据信息。本文充分研究了多重随机等效平面桁架模型中选取的参数,如:模型杆件弹性模量与连续体材料弹性模量关系分析,多重随机幻化数与单元尺寸影响分析,模型杆件强度分布理论中方差值的影响分析,网格细观损伤扩展理论中影响邻杆系数的量化分析等;并最终实现了整个数值模拟过程的可视化,这就为应用本模型模拟不同材料提供了理论依据,为参数的拟定范围打下了基础,从而为混凝土、岩石等非均匀脆性材料这种内部充斥微裂纹、微空隙以及不同均匀程度的研究提供了一种在任何尺度上具有普遍适用性的新的数值试验方法,实现了材料由受力破损、破损积累到裂纹扩展、直至断裂全过程的仿真分析。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 脆性材料的损伤研究现状
• 1.3 脆性材料的细观力学
• 1.4 本文的主要内容
• 第二章 数值仿真试验模型的建立
• 2.1 自动元胞机思想
• 2.2 多重随机等效平面桁架模型
• 2.3 模型理论公式的建立
• 第三章 数值仿真试验系统的开发
• 3.1 多重随机等效平面桁架模型建模系统
• 3.2 数据库技术的应用
• 3.3 模型计算系统的开发
• 3.4 数值仿真试验系统实现方法及应用流程
• 第四章 数值仿真模型的参数研究及可视化的实现
• 4.1 模型杆件弹性模量与连续体材料弹性模量的关系
• 4.2 多重随机幻化数及单元尺寸影响分析
• 4.3 模型杆件强度分布理论的建立及参数分析
• 4.4 网格细观损伤扩展理论的建立及影响邻杆系数分析
• 4.5 数值模拟过程的可视化实现及分析
• 第五章 结论和展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢