静动态损伤问题的基面力元法及其在再生混凝土材料细观损伤分析中的应用

本课题着重研究了静动态损伤问题的基面力单元法（BFEM），并结合工程和科学界较为重视的再生混凝土复合材料细观结构与宏观力学性能关系分析方法研究课题，系统地探索了基面力元法在再生混凝土材料破坏机理分析领域中的应用，进行此种新方法在土木工程应用领域及大规模科学计算学科的新探索，分别建立了再生混凝土细观静、动态损伤基面力元分析方法，探索了一种可用模拟再生混凝土细观静、动态损伤破坏过程大规模和高效计算的数值分析方法，建立了再生混凝土材料的静态、动态损伤分析模型，利用数值仿真技术模拟了再生混凝土的静、动态力学性能，从细观层次分析了再生混凝土材料的破坏机理，系统研究了再生混凝土的静、动态本构关系，应力应变软化曲线、尺寸效应及再生混凝土的静、动态变形，通过数值分析与试验结果的对比分析，揭示再生混凝土的破坏机制，为我国未来再生混凝土建筑的设计开发提供理论基础和技术储备。. (1) 建立了损伤问题的非线性基面力元法，分别开发了静、动态三角形和四边形基面力元损伤分析软件，通过经典算例的数值分析，验证了基面力元模型的正确性，研究表明：分析软件占用内存小，计算速度快，具有广阔的应用前景。.（2）数值结果与试验结果相吻合，从而论证了损伤问题的基面力元法可以应用于再生混凝土材料的细观损伤及破坏机理分析。大量数值模拟工作表明，再生混凝土材料的微裂缝最早出现在老界面区域，随着荷载增加，裂纹由新老粘结带单元绕过骨料向新老砂浆单元延伸，直至裂纹贯通试件破坏。这说明新老界面区域的细观力学性能对再生混凝土的宏观力学性能影响较大。. （3）分别建立了圆形和凸多边形再生骨料随机分布模型，数值模拟了再生混凝土的静、动态单轴压缩和拉伸试验，研究结果表明：采用圆形骨料和采用凸多边形骨料的计算结果相差不大，采用圆形骨料和凸多边形骨料均能较好的模拟再生混凝土的力学性能，动强度较静强度有所提高。.（4）开发了空间八节点六面体基面力单元法损伤分析程序，数值模拟过程表明本文分析程序计算速度快，应用前景广阔。.（5）建立了三维球形随机骨料模型，能够较好的模拟再生混凝土试件的细观结构。.（6）模拟了两种级配的再生混凝土立方体试件在位移加载下的单轴压缩试验及单轴拉伸试验，并与试验结果进行对比，二者基本吻合。数值模拟结果表明：基面力元空间模型及三维基面力单元法损伤分析软件可以应用于再生混凝土材料的细观损伤分析。