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计算力学学报 2010年第6期27卷 1022-1028页

作者：田俊周储伟南京航空航天大学航空宇航学院南京210016

研究了纺织复合材料和结构多尺度耦合的数值分析模型。建立了微、细观单胞,给出了纺织复合材料平均弹性常数的逐级分析方法,着重研究了由宏观结构、到细观纤维束、再到微观纤维三个尺度耦合的应力分析方案。对于常用的板壳状纺织复合材... 详细信息

研究了纺织复合材料和结构多尺度耦合的数值分析模型。建立了微、细观单胞,给出了纺织复合材料平均弹性常数的逐级分析方法,着重研究了由宏观结构、到细观纤维束、再到微观纤维三个尺度耦合的应力分析方案。对于常用的板壳状纺织复合材料结构,在面内载荷下,假设每层细观单胞的平均面内应变是一致的,在弯曲、横向剪切及扭曲等非面内载荷下,在内力等效条件下将沿厚度方向连续分布的宏观应力简化为阶梯状分布,忽略了每层细观单胞范围内宏观应力沿厚度方向的梯度变化,由此利用细观单胞模型实现宏观应力与细观应力之间的传递,再利用微观单胞可得到纤维尺度的微观应力。最后以一种三维机织复合材料为例,用上述多尺度耦合的模型逐级分析了材料的平均弹性常数,并沿相反方向,由宏观结构分析逐级计算出纤维束尺度和纤维尺度的细、微观应力的局部波动。

关键词：纺织复合材料多尺度耦合分析周期性单胞周期性边界条件

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圆管状立体机织复合材料的多尺度分析

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复合材料学报 2010年第5期27卷 122-128页

作者：焦志文周储伟南京航空航天大学结构与强度研究所飞行器结构力学与控制教育部重点实验室南京210016

采用多尺度耦合的数值模型研究了圆管状立体机织复合材料的力学性能。建立了反映纤维束中纤维/基体二相材料的微观尺度单胞和反映周期性编织结构的细观尺度扇形单胞,并重点讨论了扇形单胞的周期性边界条件。通过逐级计算微观单胞、细观... 详细信息

采用多尺度耦合的数值模型研究了圆管状立体机织复合材料的力学性能。建立了反映纤维束中纤维/基体二相材料的微观尺度单胞和反映周期性编织结构的细观尺度扇形单胞,并重点讨论了扇形单胞的周期性边界条件。通过逐级计算微观单胞、细观单胞的平均弹性常数,得到了圆管状立体机织复合材料的刚度参数,实现了由组分材料性能及编织参数预测圆管的宏观弹性性能,模型预测刚度与试验结果吻合。另一方面,研究了从大到小各尺度耦合的应力分析,对于圆管环向应力非周期分布的情况,建立了嵌入细观单胞的环状模型,进行了复杂荷载下从宏观圆管结构、到细观纤维束尺度、再到微观纤维尺度之间的逐级应力分析。

关键词：立体机织复合材料圆管多尺度耦合分析单胞周期性边界条件

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考虑钢筋锈蚀的混凝土桥梁结构承载能力多尺度数值模拟研究

考虑钢筋锈蚀的混凝土桥梁结构承载能力多尺度数值模拟研究

引用

作者：庞存均重庆大学

学位级别：硕士

钢筋混凝土桥梁极易由于氯盐侵蚀引起钢筋锈蚀,造成混凝土开裂,导致结构短时间内产生严重的耐久性问题。但如何评价钢筋混凝土桥梁在临近设计年限范围内的承载能力和健康状况是亟待解决的问题。因此,研究钢筋混凝土桥梁的钢筋锈蚀过程... 详细信息

钢筋混凝土桥梁极易由于氯盐侵蚀引起钢筋锈蚀,造成混凝土开裂,导致结构短时间内产生严重的耐久性问题。但如何评价钢筋混凝土桥梁在临近设计年限范围内的承载能力和健康状况是亟待解决的问题。因此,研究钢筋混凝土桥梁的钢筋锈蚀过程和长期性能演变规律对现有桥梁的维护,改造和未来桥梁的设计有重大意义。本文针对钢筋混凝土桥梁的耐久性问题,提出一种钢筋混凝土梁耐久性多尺度分析方法,基于格构式模型和钢筋混凝土有限元模型,建立多尺度钢筋混凝土耐久性分析模型,在已有研究的基础上改进模型并将细观尺度层面的氯离子渗透模型、钢筋锈蚀模型和宏观层面的钢筋混凝土模型进行联合分析,用于研究钢筋混凝土桥梁的结构性能演变规律。本文取得主要研究成果如下:⑴在已有研究的基础上改进氯离子渗透模型的单元形状和网格划分方式。在氯离子渗透模型中建立基于格构式模型网格的四边形渗透单元,使格构式模型与氯离子渗透模型能够进行耦合分析。该建模方式让模型之间的数据交互更简洁,在考虑氯离子扩散应力效应时更符合理论。本文通过耦合模型能模拟混凝土中的氯离子渗透过程和钢筋锈胀导致的混凝土开裂过程,得到不同锈蚀时间的钢筋锈蚀形态。⑵建立多钢筋骨料投放模型和多钢筋混凝土锈胀模型,能模拟多钢筋排布时混凝土中的氯离子渗透过程、钢筋锈蚀过程和混凝土开裂过程。模拟结果表明:钢筋锈蚀形态和由此导致的混凝土开裂过程受到多种因素影响:如钢筋之间位置关系、钢筋直径、混凝土保护层厚度等。⑶提出钢筋混凝土梁耐久性多尺度分析方法。将细观钢筋锈蚀模型和宏观钢筋混凝土模型结合,且考虑骨料、混凝土开裂、钢筋锈蚀等多种因素,通过数值模拟得到钢筋混凝土梁的抗弯承载能力时变曲线,并对6米跨径的标准实心板桥进行抗弯承载能力研究。在高氯离子侵蚀环境下,由钢筋锈蚀过程分析得到实心板桥抗弯承载状态分为四个阶段:承载能力不变阶段、承载能力缓慢下降阶段,承载能力快速下降阶段,危桥阶段。通过模拟可得实心板桥在氯离子侵蚀环境中安全使用年限为33年左右。

关键词：氯离子扩散锈胀开裂多尺度耦合分析多尺度数值模拟

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