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基于多尺度分析的混凝土损伤本构理论研究:弱不连续数值方法应用

时间:2023-09-28 理论教育 版权反馈
【摘要】:而目前通用的结构数值方法,诸如有限单元法和无网格方法等,大都建立在连续介质力学框架内,要求物理场满足一定的连续性条件。对这些不连续性的数值处理,一直是现代数值分析方法发展的难点和热点。常见的数值方法一般在物理场的试探解里利用单位分解条件添加一些不连续的加强函数作为基函数,与连续基函数一起表示实际物理场,加强函数与有限单元法的结合就是扩展有限元法。弱不连续数值方法一般采用界面单元实现。

基于多尺度分析的混凝土损伤本构理论研究:弱不连续数值方法应用

前述分析,解决了多尺度损伤本构关系的建立问题。在具体的应用中,还需要考虑微裂缝动态扩展的模拟。前面的讨论中已经述及,本书试图探讨微裂缝扩展与损伤演化之间的关系,那么在细观数值模拟中,就需要采用直接的方式考虑微裂缝,而不应该再采用损伤变量等间接的方式。从数学的观点看,微裂缝就是在连续的应力、应变场中引入了不连续面。而目前通用的结构数值方法,诸如有限单元法和无网格方法等,大都建立在连续介质力学框架内,要求物理场满足一定的连续性条件。但是实际物理场并不都是连续的,譬如在外力作用下,脆性固体内部会产生裂缝,而延性固体内部由于材料非线性的影响,会形成剪切带。对这些不连续性的数值处理,一直是现代数值分析方法发展的难点和热点

固体结构分析中常用的不连续数值方法可分为强不连续数值方法和弱不连续数值方法。强不连续方法可以跟踪固体内部不连续带产生和发展的过程,具有严格的数学基础,同时精度也比较高。常见的数值方法一般在物理场的试探解里利用单位分解(partition of unity)条件添加一些不连续的加强函数(enrichment)作为基函数,与连续基函数一起表示实际物理场,加强函数与有限单元法的结合就是扩展有限元法(X-FEM)。弱不连续方法的基本思路是,采用连续函数来逼近不连续区的位移场,同时采用平均应变来逼近不连续区的应变场。这样处理就避免了不连续区内位移的求导以及应变的积分,大大提高了不连续区求解的稳定性,同时计算量也有所减少。弱不连续数值方法一般采用界面单元(interface element)实现。实际应用中,上述两类方法都被广泛地采用,这里对两类方法进行简要的介绍。(www.xing528.com)

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