[01186644]混凝土梯度依赖损伤塑性本构模型试验研究

本课题主要是在辽宁省教育厅青年基金项目《混凝土梯度依赖损伤塑性本构模型试验研究》（项目号05L310）资助完成。此外，课题还受到上述项目对应的沈阳工业大学项目配套资金的资助。　　混凝土等准脆性材料与结构的破坏失效是以材料内部裂纹萌生、扩展，并最终导致结构破坏失去承载能力为特征的。固体力学的弹塑性与损伤耦合模型是目前较为常用的处理上述问题的理论工具。损伤演化的结果是非弹性变形的局部化。　　本文应用理论研究、试验研究和数值分析相结合的方法，对准脆性材料的损伤过程区的变形局部化带起动、演化进行了深入系统的研究，得到了下述有创新意义的研究成果：　　（1）结合混凝土规范中混凝土应力－应变全过程曲线和能量等效假设，提出了新的混凝土分段曲线损伤模型，这个新的损伤演化方程中的材料参数值由试验标定，在理论上是严密的；最后以混凝土试件的单轴拉伸行为和三点弯曲行为为例，将基于规范的损伤模型结合到ABAQUS6.5有限元分析软件程序中。结果表明，该损伤模型用于结构的损伤破坏分析是可行的，从而为分析混凝土结构的损伤提出了新的途径。　　（2）在已有文献的基础上，以连续介质不可逆热力学为基础，采用了Mohr-Coulomb屈服准则，提出了新的准脆性介质弹塑性损伤耦合的本构方程。在该模型中采用了塑性应变 、各向同性损伤标量D作为内变量。这个新的本构关系模型严格满足热力学的基本方程。本研究以不同围压作用下混凝土试件的单轴压缩行为为例，采用自主开发的程序进行了局部水平上本构模型数值实现。结果表明，模型损伤演化数值结果符合实验趋势。　　（3）基于“能量耗散梯度依赖”原则，在连续介质热力学框架内推导了梯度增强损伤与塑性耦合的本构关系，同时给出了一个基于塑性的损伤模型的梯度依赖本构的具体形式。与已有的文献相比，本文模型是从积分形式的非局部Clausius-Duhem不等式出发而求得的。推倒过程严密，数学上更合理。结合移动最小二乘法和泰勒级数展开方法，建立了等效应变场（有限元高斯积分点上）的Laplacian值的近似求解格式，分别给出了二维和三维情况下的数值算法。　　（4）使用白光散斑数字成像技术研究了混凝土试件在混合载荷作用下损伤过程区的演化过程，测量了混凝土试件的损伤过程区的几何参数。试件的种类分为预制单边切口试件和双边切口试件共两种类型。加载方式为4点剪切载荷。测量的参数包括损伤过程区在宏观裂纹形成前的应变局部化带的长度和宽度值，从而为梯度增强非局部模型中梯度项的系数（内部长度）的取值提供了试验参考。　　本研究共发表学术文章7篇，其中国内重要期刊文章2篇，核心期刊文章2篇，国内会议文集文章4篇。上述文章1篇被EI检索收录。另有已录用待发表学术期刊文章2篇，国内重要期刊增刊1篇，均为EI、SCI检索核心期刊。