重大工程結(jié)構(gòu)損傷破壞非線性效應(yīng)的多尺度模擬與分析

本項目以解決重大工程的動力災(zāi)變研究計劃中提出的核心科學(xué)問題重大工程動力災(zāi)變的關(guān)鍵效應(yīng)中的材料、構(gòu)件和結(jié)構(gòu)的非線性動力效應(yīng)科學(xué)問題為研究目標(biāo)，采用結(jié)構(gòu)縮尺試樣的損傷實驗研究、結(jié)構(gòu)多尺度模擬和數(shù)值仿真分析等研究手段，通過重大工程結(jié)構(gòu)在災(zāi)害載荷下?lián)p傷破壞過程的非線性動力效應(yīng)的多尺度模擬與分析，揭示其中的非線性動力效應(yīng)的主要規(guī)律及其對結(jié)構(gòu)破壞過程的影響、結(jié)構(gòu)損傷破壞機(jī)理和失效路徑。具體內(nèi)容包括：研究主要工程材料在復(fù)雜受力條件下?lián)p傷多尺度演化特征并建立其本構(gòu)描述；研究災(zāi)變環(huán)境下構(gòu)件和結(jié)構(gòu)在不同尺度內(nèi)的動力響應(yīng)特征和損傷失效行為；發(fā)展重大工程結(jié)構(gòu)尤其是大跨結(jié)構(gòu)考慮局部損傷演化的適度精細(xì)的多尺度建模和模型修正方法；發(fā)展重大工程結(jié)構(gòu)損傷多尺度分析方法和基于大型非線性分析軟件及二次開發(fā)的多尺度計算技術(shù)和實施策略；為發(fā)展災(zāi)害環(huán)境下結(jié)構(gòu)多尺度力學(xué)、建立重大工程動力災(zāi)害模擬系統(tǒng)奠定重要的理論基礎(chǔ)； 2100433B

本書介紹了作者帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊十多年來在大型土木結(jié)構(gòu)損傷多尺度模擬與分析領(lǐng)域的主要研究成果及其在結(jié)構(gòu)抗震分析、橋梁疲勞損傷預(yù)后分析中的應(yīng)用。本書主要內(nèi)容包括：微細(xì)、宏觀尺度上材料與結(jié)構(gòu)的損傷特征觀測與分析，不同尺度上材料與結(jié)構(gòu)損傷的合理表征及其量化方法，結(jié)構(gòu)損傷多尺度分析的基本方程與計算方法，結(jié)構(gòu)損傷多尺度分析的實施流程及其驗證，損傷跨尺度演化致混凝土構(gòu)件局部失效的模擬與分析，混凝土結(jié)構(gòu)損傷演化致失效過程的多尺度跨層次自適應(yīng)模擬與分析，以及大跨橋梁鋼箱梁結(jié)構(gòu)疲勞損傷演化過程的多尺度跨層次模擬。本書同時介紹了這些理論與方法在鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)損傷失效分析與重大橋梁工程結(jié)構(gòu)疲勞損傷演化過程模擬中的應(yīng)用。

第一章緒論

第二章微細(xì)、宏觀尺度上材料與結(jié)構(gòu)的損傷特征觀測與分析

2.1金屬結(jié)構(gòu)焊接區(qū)的微細(xì)觀缺陷及其演化特性

2.1.1焊接結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷探測

2.1.2兩類主要初始缺陷

2.1.3細(xì)觀裂紋演化特性

2.1.4細(xì)觀孔洞演化特性

2.2焊接區(qū)域損傷演化的分形特征

2.2.1分形的概念

2.2.2焊接損傷區(qū)域裂紋擴(kuò)展的分形特征

2.2.3細(xì)觀孔洞演化過程中的分形維數(shù)

2.3多尺度同步觀測與分析獲得的鋼結(jié)構(gòu)疲勞損傷跨尺度演化特征

2.3.1觀測方法

2.3.2疲勞裂紋萌生機(jī)制分析

2.3.3疲勞裂紋擴(kuò)展規(guī)律

2.3.4疲勞裂紋萌生過程中的損傷多尺度特征分析

2.3.5宏細(xì)觀損傷與結(jié)構(gòu)響應(yīng)的關(guān)聯(lián)性分析

2.3.6易損部位損傷導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)響應(yīng)非線性效應(yīng)

2.4混凝土類脆性材料細(xì)宏觀損傷特征及其演化特性

2.4.1混凝土在材料層次上的微細(xì)宏觀損傷特征及演化特性

2.4.2構(gòu)件和結(jié)構(gòu)層次上的混凝土損傷特征及演化特性

第三章不同尺度上材料與結(jié)構(gòu)損傷的合理表征及其量化方法

3.1焊接損傷區(qū)的分形損傷跨尺度表征

3.1.1含細(xì)觀裂紋的焊接區(qū)域中分形損傷跨尺度表征

3.1.2含細(xì)觀孔洞的焊接區(qū)域中分形損傷跨尺度表征

3.2金屬疲勞損傷多尺度表征及其跨尺度演化規(guī)律

3.2.1微裂紋成核與擴(kuò)展行為

3.2.2疲勞損傷變量的定義

3.2.3描述疲勞微裂紋成核與擴(kuò)展行為的多尺度損傷演化方程

3.2.4模型參數(shù)反演與模型驗證

3.3脆性材料中分布式微裂紋的損傷表征方法

3.3.1含大量分布裂紋的無限大脆性固體的細(xì)觀力學(xué)模型

3.3.2微裂紋對混凝土材料宏觀性能的影響

3.4由微裂紋跨尺度擴(kuò)展主導(dǎo)的混凝土損傷演化過程數(shù)值模型

3.4.1模擬準(zhǔn)則與建模流程

3.4.2裂紋擴(kuò)展準(zhǔn)則

3.4.3裂紋擴(kuò)展過程中的各種擴(kuò)展形態(tài)的模擬

3.4.4數(shù)值模擬案例

3.5構(gòu)件與結(jié)構(gòu)中的耗能型損傷的表征與量化方法

3.5.1構(gòu)件與結(jié)構(gòu)耗能型損傷表征的思路及原理

3.5.2構(gòu)件與結(jié)構(gòu)耗能型損傷量化方法

3.5.3常用的工程結(jié)構(gòu)損傷指標(biāo)

3.5.4典型鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的損傷量化分析

3.6鋼架結(jié)構(gòu)局部與整體損傷的表征與量化方法

3.6.1易損局部的特征及其定義

3.6.2結(jié)構(gòu)損傷演化過程分析中的各層次代表性體元及其尺度特征

3.6.3構(gòu)件層次上的損傷表征與量化方法

3.6.4結(jié)構(gòu)層次上的損傷表征與量化方法

3.6.5各類典型鋼架結(jié)構(gòu)的損傷量化方法

3.6.6節(jié)點處的損傷對結(jié)構(gòu)損傷的影響

3.6.7框架結(jié)構(gòu)中構(gòu)件層次損傷與結(jié)構(gòu)層次損傷之間的關(guān)聯(lián)性

3.6.8結(jié)構(gòu)損傷模擬與量化分析案例：門式鋼框架結(jié)構(gòu)

第四章結(jié)構(gòu)損傷多尺度分析的基本方程與計算方法

4.1結(jié)構(gòu)損傷多尺度分析的基本方程

4.1.1串行嵌套多尺度方法的基本方程

4.1.2一致多尺度方法的基本方程

4.2串行嵌套式多尺度計算方法

4.2.1物理平均化方法

4.2.2數(shù)學(xué)漸進(jìn)均勻化方法

4.2.3兩種方法的聯(lián)系與區(qū)別

4.3一致多尺度計算方法及跨尺度界面單元銜接

4.3.1跨尺度界面位移協(xié)調(diào)方法

4.3.2跨尺度界面應(yīng)力連續(xù)方法

4.3.3約束方程由局部坐標(biāo)系到整體坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換

4.4考慮局部損傷演化的結(jié)構(gòu)抗震性能多尺度分析方法

4.4.1地震荷載下鋼材損傷演化率與損傷本構(gòu)關(guān)系

4.4.2鋼結(jié)構(gòu)地震損傷多尺度分析方法及其實施流程

4.4.3細(xì)觀損傷演化對連接構(gòu)件抗震性能的影響

4.4.4由損傷演化導(dǎo)致的鋼桁架結(jié)構(gòu)失效進(jìn)程的分析

第五章結(jié)構(gòu)損傷多尺度分析的實施流程及其驗證

5.1基于ABAQUS軟件二次開發(fā)的結(jié)構(gòu)損傷分析算法

5.1.1UMAT及其調(diào)用方法

5.1.2UMAT子程序的實施流程

5.1.3彈塑性狀態(tài)和損傷狀態(tài)的決定

5.1.4耦合材料損傷的應(yīng)力更新算法

5.1.5一致切線模量的定義和求解

5.1.6實施過程中的主要問題和注意事項

5.1.7ABAQUS內(nèi)核語言Python及基本功能

5.2嵌套多尺度方法的算法流程及其有效性驗證

5.2.1基于均勻化方法的嵌套多尺度分析的算法流程

5.2.2嵌套多尺度方法的算法與程序驗證

5.3一致多尺度方法的算法流程及其驗證

5.3.1結(jié)構(gòu)損傷一致多尺度計算的流程

5.3.2一致多尺度方法的有效性驗證

第六章?lián)p傷跨尺度演化致混凝土構(gòu)件局部失效的模擬與分析

6.1混凝土梁損傷演化致失效的多尺度分析方法

6.1.1混凝土梁損傷跨尺度演化分析模型

6.1.2四點彎曲梁損傷算例分析

6.2損傷跨尺度演化導(dǎo)致的混凝土梁強(qiáng)度的尺寸效應(yīng)

6.2.1三點彎曲梁損傷多尺度模型

6.2.2計算結(jié)果與分析

6.2.3混凝土梁尺寸效應(yīng)的發(fā)生機(jī)理分析

6.3鋼筋混凝土粘結(jié)界面損傷多尺度模擬

6.3.1鋼筋混凝土拉拔構(gòu)件細(xì)觀損傷分析模型

6.3.2鋼筋混凝土粘結(jié)界面損傷多尺度模擬

6.3.3鋼筋混凝土粘結(jié)界面損傷多尺度分析

6.4鋼筋混凝土構(gòu)件損傷演化致失效過程的自適應(yīng)模擬與計算方法

6.4.1基于材料細(xì)觀構(gòu)造圖像的混凝土細(xì)觀模型建立方法

6.4.2混凝土材料細(xì)觀損傷演化過程模擬的基本方程

6.4.3混凝土構(gòu)件損傷跨尺度演化過程的自適應(yīng)模擬與分析的策略

6.4.4混凝土損傷演化跨尺度自適應(yīng)分析的有限元基本方程

6.5混凝土構(gòu)件損傷演化致失效的自適應(yīng)模擬與分析案例

6.5.1鋼筋混凝土拉拔損傷演化過程的細(xì)觀數(shù)值模擬

6.5.2混凝土柱在模擬地震荷載下的損傷演化致失效分析

第七章混凝土損傷演化致結(jié)構(gòu)失效過程的多尺度跨層次自適應(yīng)模擬與分析

7.1混凝土結(jié)構(gòu)損傷演化過程的多尺度跨層次自適應(yīng)模擬策略

7.2損傷演化多尺度跨層次分析的區(qū)域自適應(yīng)有限元理論

7.2.1損傷多尺度跨層次演化過程自適應(yīng)分析的區(qū)域變分原理

7.2.2損傷多尺度跨層次演化過程自適應(yīng)分析的有限元方程組

7.3混凝土框架結(jié)構(gòu)損傷演化致失效的多尺度跨層次自適應(yīng)分析

第八章大跨橋梁鋼箱梁結(jié)構(gòu)疲勞損傷演化過程的多尺度跨層次模擬

8.1高、低周疲勞交互作用下的疲勞損傷多尺度模擬與分析方法

8.1.1高、低周疲勞交互作用下的疲勞損傷演化方程

8.1.2多尺度疲勞損傷模型的參數(shù)反演與模型驗證

8.2考慮鋼材內(nèi)部微觀缺陷的高低周疲勞損傷多尺度模擬與分析方法

8.2.1考慮鋼材微觀構(gòu)造的疲勞損傷多尺度模擬與分析方法

8.2.2基于鋼材微觀構(gòu)造圖像的高低周疲勞損傷多尺度模擬與分析方法

8.2.3疲勞短、長裂紋共同擴(kuò)展導(dǎo)致的疲勞損傷演化過程分析案例

8.3大跨橋梁鋼箱梁結(jié)構(gòu)疲勞損傷累積過程分析方法

8.4昂船洲大橋鋼箱梁結(jié)構(gòu)疲勞損傷多尺度跨層次演化過程模擬

參考文獻(xiàn) 2100433B

作者：李兆霞

出版社：東南大學(xué)出版社

圖書書號：9787564175139

出版日期：2017年12月

開本：16

版次：1/1

印張：16

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上架時間：2018-01-18

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