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1、,,,57,06-Oct-24,大壩混凝土動態(tài)性能細(xì)觀力學(xué)及并行計算研究,,馬懷發(fā),,,2006,年,6,月,24,日,一,、,研究的意義,和,試驗成果分析,,二、,混凝土細(xì)觀力學(xué)研究方法,,三,、混凝土試件數(shù)值模擬的基本方程,,四、混凝土試件的二維數(shù)值模擬,,五,、混凝土三維細(xì)觀有限元并行計算研究,,六、結(jié)束語,匯 報 大 綱,1,、研究的目的和意義,1,）重大工程抗震安全評價的主要環(huán)節(jié),,,地震作用,—,工程結(jié)構(gòu)地震響應(yīng),—,材料動態(tài)抗力,,,大壩混凝土動態(tài)抗力是大壩抗震安全評價的薄弱環(huán)節(jié)：,,動態(tài)強度靜態(tài)強度提高,30%,，依據(jù)國外早期少量濕篩試件的試驗結(jié)果,:,,,大壩混凝土的濕篩試件

2、和全級配試件動態(tài)性能存在差異。,,,2,）拱壩受力特點：,,,(1),高拱壩是一種空間結(jié)構(gòu)，處于偏心受壓狀態(tài)。在強震時，壩體薄弱部位主要因壩體混凝土的動彎拉應(yīng)力引起開裂，因此，動彎拉強度是高拱壩抗震設(shè)計中的控制性指標(biāo)之一,;,,(2),在地震作用時，壩體各部位都已經(jīng)存在不同程度的靜態(tài)應(yīng)力。,,,因此,,,有必要研究,:,,,在不同預(yù)靜載作用下，混凝土動態(tài)性能的變化規(guī)律。,,1,）小灣四級配混凝土和濕篩混凝土靜動態(tài)彎拉試驗成果：,,2,、大壩混凝土的動態(tài)試驗成果,2),小灣拱壩三級配混凝土，以沖擊加載和三角波加載兩種方式，在不同預(yù)靜載水平下得到的動彎拉強度：,3,）試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)：,a),全級配大

3、壩混凝土的彎拉強度低于濕篩混凝土的彎拉強度,,,純動彎拉強度增強系數(shù)都低于,30%,；,b),全級配混凝土的動彎拉強度增強系數(shù)高于濕篩混凝土的動彎拉強度增強系數(shù),;c),一定預(yù)靜載水平對動彎拉強度產(chǎn)生強化作用。,,4,）數(shù)值摸擬的出發(fā)點：,a),反映混凝土材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征，研究全級配混凝土與濕篩混凝土的細(xì)微結(jié)構(gòu)差異；,b),考慮混凝土材料的動載強化作用；,c),反映預(yù)靜載對混凝土試件動損傷破壞過程的影響。,一,、,研究的意義,和,試驗成果分析,,二、,混凝土細(xì)觀力學(xué)研究方法,,三,、混凝土試件數(shù)值模擬的基本方程,,四、混凝土試件的二維數(shù)值模擬,,五,、混凝土三維細(xì)觀有限元并行計算研究,,

4、六、結(jié)束語,匯 報 大 綱,,(1),微觀層次， 材料的結(jié)構(gòu)單元尺度在原子、分子量級，即從小于,10,-7,厘米至,10,-4,厘米。,,(2),細(xì)觀層次，尺度范圍在,10,-4,厘米至幾厘米,,,或更大一些。在這個層次上，混凝土被認(rèn)為是一種由粗骨料、硬化水泥砂漿和它們之間的過渡區(qū)（粘結(jié)帶,/,界面）組成的三相材料。,,(3),宏觀層次， 特征尺寸大于幾厘米。材料假定為均質(zhì)。,,要研究混凝土級配對混凝土宏觀力學(xué)特性的影響，必須考慮混凝土細(xì)觀結(jié)構(gòu)的差異。,,水化硅酸鈣,混凝土的層次結(jié)構(gòu)示意圖,微觀,宏觀,細(xì)觀,晶體原子結(jié)構(gòu),混凝土顆粒,,實驗室尺寸,,結(jié)構(gòu),1,、混凝土材料的細(xì)觀結(jié)構(gòu)層次,2,、

5、細(xì)觀數(shù)值模型,為了建立混凝土細(xì)微觀結(jié)構(gòu)特性與其在宏觀力學(xué)特性的關(guān)系，自上個世紀(jì),70,年代末，人們發(fā)展了混凝土細(xì)觀力學(xué)研究方法。,,細(xì)觀力學(xué)將混凝土看作由粗骨料、硬化水泥膠體以及兩者之間的界面粘結(jié)帶組成的三相非均質(zhì)復(fù)合材料，在細(xì)觀層次上劃分單元。考慮骨料單元、固化水泥砂漿單元及界面單元材料力學(xué)特性的不同，以其細(xì)觀各相材料的破壞準(zhǔn)則或損傷模型反映單元剛度的退化，利用數(shù)值方法模擬混凝土試件的裂縫擴(kuò)展過程及破壞形態(tài)。,,(1),二維隨機(jī)骨料模型,,瓦拉文用三維富勒級配曲線推導(dǎo)出了試件內(nèi)截面任一點具有某種骨料直徑的內(nèi)截圓出現(xiàn)的概率，即瓦拉文公式。對于一個特定的混凝土拌和物，使用這個公式即可產(chǎn)生試件截面

6、上骨料的顆粒數(shù)。利用瓦拉文將三維問題簡化為二維問題,骨料切面示意圖,A,D,0,D,x,B,1),二維隨機(jī)骨料模型,,多邊形骨料模型,,圓骨料模型,2,）二維隨機(jī)骨料模型細(xì)觀有限元網(wǎng)格,,骨料單元,(,灰色,);,砂漿單元,(,無色,);,界面單元,(,黑色,),(b),凸多邊形骨料細(xì)觀剖分,(a),圓骨料細(xì)觀剖分,(a),兩級配,(,骨料含量,47% ),(b),三級配,(,骨料含量,59% ),(c),四級配,(,骨料含量,66%),隨機(jī)球骨料分布模型,(2),三維隨機(jī)骨料模型,,1),隨機(jī)球骨料模型分布,,將骨料簡化為球體，按照實際級配的骨料粒徑和各粒組骨料的比例，確定各種骨料的顆粒數(shù)。

7、,2),隨機(jī)凸多面體骨料模型分布,,在球形骨料模型的基礎(chǔ)上形成多面體骨料基，以球骨料含量為控制參數(shù)，進(jìn)行隨機(jī)延凸，得到隨機(jī)凸體骨料模型。,(b),三級配隨機(jī)凸體骨料模型,(a),兩級配隨機(jī)凸體骨料模型,隨機(jī)凸體骨料模型,三級配隨機(jī)球骨料模型有限元網(wǎng)格圖,(a),固化水泥砂漿單元,(b),骨料單元,(c),界面單元,(d),對稱切面網(wǎng)絡(luò)圖,3),隨機(jī)骨料細(xì)觀有限元剖分,,(a),骨料單元,(b),界面單元,(c),固化水泥砂漿單元,,(d),試件兩對稱面上的細(xì)觀單元剖面,,混凝土隨機(jī)凸體骨料模型細(xì)觀單元剖分,,一,、,研究的意義,和,試驗成果分析,,二、,混凝土細(xì)觀力學(xué)研究方法,,三,、混凝土試

8、件數(shù)值模擬的基本方程,,四、混凝土試件的二維數(shù)值模擬,,五,、混凝土三維細(xì)觀有限元并行計算研究,,六、結(jié)束語,匯 報 大 綱,應(yīng)變率（,1/s,）,,混凝土相對抗壓強度與應(yīng)變速率的關(guān)系,相對抗壓強度,,相對,抗拉強度,應(yīng)變率（,1/s,）,,混凝土相對抗拉強度與應(yīng)變速率的關(guān)系,,1,、混凝土材料的應(yīng)變率強化現(xiàn)象,,（試驗成果）,應(yīng)變率效應(yīng)是固體材料的基本特性。,,,非均質(zhì)材料較均質(zhì)材料受應(yīng)變率的影響更為顯著。,,,混凝土在變形可逆的彈性階段，幾乎無應(yīng)變率敏感現(xiàn)象。僅當(dāng)加載至內(nèi)部出現(xiàn)損傷時才呈現(xiàn)加載速率的影響。,,,應(yīng)變率對混凝土動彈模的影響有類似的強化規(guī)律，但其影響弱于對動強度的影響。,,,混

9、凝土動拉壓強度隨應(yīng)變速率增長，二者規(guī)律相似。,混凝土抗拉強度和彈性模量與拉（或壓）應(yīng)變率的關(guān)系：,,,,(1),,,,式中,f,ts,為混凝土材料的靜拉強度，,E,s,為靜彈性模量。及表示混凝土動抗拉強度和動彈性模量是拉（或壓）應(yīng)變率的函數(shù)。,,H,t,為強度強化系數(shù)；,H,E,為彈性模量強化系數(shù),，二者與應(yīng)變率關(guān)系為：,,,,,(2),,,,,式中：,A,t,、,B,t,、,C,t,為強度強化參數(shù)，,A,E,、,B,E,、,C,E,為彈性模量強化參數(shù)。,2,、混凝土的應(yīng)變率強化定律,3,、混凝土損傷演化定律,應(yīng),,力,,,,(,MPa,),軸向位移,/,μ,m,,混凝土軸拉試驗,,（選自,S

10、chmidt-,Hurtienne,等人的文章）,混凝土拉伸變形起控制作用,采用了各向同性彈性損傷力學(xué)的本構(gòu)關(guān)系來描述混凝土材料的力學(xué)性質(zhì)。按照勒梅特應(yīng)變等價原理，受損材料的本構(gòu)關(guān)系：,,,,,,,,式中,E,0,為初始彈性模量，為損傷后的彈性模量,,D,為損傷變量。,,,,,,,,ε,0,f,tr,ε,r,f,t,應(yīng)變,雙折線彈性損傷模型,ε,u,應(yīng),,力,（,0≤D≤1,）,,4,、混凝土試件數(shù)值模擬的動力學(xué)方程,在動力學(xué)方程中，考慮到損傷弱化、應(yīng)變率強化以及初始預(yù)靜載對動態(tài)性能的影響。,,1,）動力學(xué)微分形式：,,,,,,,其中,,動載增量,在動位移上因損傷產(chǎn)生的應(yīng)力轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生的附加荷載

11、,在靜位移上因損傷產(chǎn)生的應(yīng)力轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生的附加荷載,2,）動力學(xué)方程的積分形式：,,,一,、,研究的意義,和,試驗成果分析,,二、,混凝土細(xì)觀力學(xué)研究方法,,三,、混凝土試件數(shù)值模擬的基本方程,,四、混凝土試件的二維數(shù)值模擬,,五,、混凝土三維細(xì)觀有限元并行計算研究,,六、結(jié)束語,匯 報 大 綱,計算模型（濕篩試件）,,彎拉試驗及單元剖分示意圖（單位,:mm,）,50,50,150,150,150,550,150,P,1,、預(yù)靜載及加載速率對混凝土動彎強度的影響,1,）加載速率對動彎強度的影響,,動彎拉強度不但與加載速率有關(guān)，而且還與初始靜荷載有關(guān)。,,,不同加載速率對動彈性模量和動強度的影響,

12、(a),應(yīng)力,-,位移曲線,(b),應(yīng)力,-,位移局部放大曲線,2,）初始預(yù)靜載對動彎強度的影響,,計算表明：,混凝土梁的動彎拉強度不僅與加載速率有關(guān)，而且與應(yīng)變率、損傷積累密切相關(guān)。,預(yù)靜載對動彎拉強度的影響（,A,E,=0.12,，,A,t,=0.20,）,(b),應(yīng)力位移局部放大曲線,(a),應(yīng)力位移曲線,初始靜預(yù)載對混凝土,,靜動綜合彎拉強度的影響,1,）二維隨機(jī)骨料隨機(jī)參數(shù)模型,(RAPM),,,,(1),骨料隨機(jī)分布（同隨機(jī)骨料模型。按骨料級配及含量）,,,,(2),混凝土及其細(xì)觀各相單元的抗拉強度和彈性模量隨機(jī)分布,,,這里所說的不均勻性包括混凝土骨料顆粒級配的差異和材料參數(shù)分布

13、的統(tǒng)計隨機(jī)性；隨機(jī)骨料隨機(jī)參數(shù)模型是在隨機(jī)骨料模型的基礎(chǔ)上，在細(xì)觀有限元剖分后，再生成各類單元彈模和拉強度參數(shù)分布。,2,、,混凝土細(xì)觀結(jié)構(gòu)差異對其動彎強度的影響,2),細(xì)觀結(jié)構(gòu)對彎拉強度的影響,,混凝土細(xì)觀各相材料力學(xué)特性的不均勻性，使其動彎拉強度增強系數(shù)對初始靜預(yù)載的敏感性增強。,濕篩混凝土細(xì)觀有限單元模型（單位,: mm,）,,細(xì)觀不均勻性對靜動綜合彎拉強度的影響,3,） 混凝土級配對動彎拉強度的影響,,,全級配混凝土的動彎拉強度增強系數(shù)高于濕篩混凝土的動彎拉強度增強系數(shù)。,,全級配混凝土骨料顆粒分布及單元剖分,混凝土級配對靜動綜合彎拉強度的影響,4),骨料形態(tài)對混凝土對彎拉強度的影響,

14、,,1),濕篩混凝土試件,50,50,150,150,150,550,150,P,(a),圓形骨料,50,50,150,150,150,5,5,0,150,P,(b),凸多邊形骨料,,濕篩混凝土兩種細(xì)觀骨料模型結(jié)算結(jié)果比較,2),全級配混凝土試件,,四級配圓形隨機(jī)骨料模型,四級配凸多邊形隨機(jī)骨料模型,,全級配混凝土兩種細(xì)觀骨料模型結(jié)算結(jié)果比較,(b),動彎拉強度增強系數(shù)隨預(yù)靜載變化曲線,(a),靜動綜合強度隨預(yù)靜載變化曲線,3,、梁裂縫擴(kuò)展分析,,1),靜載作用下彎拉失穩(wěn)過程,,(b),加載到,153.25kN,(a),加載到,152.25kN,(c),加載到,153.75kN,梁彎拉失穩(wěn)破壞

15、過程,(d),加載到極限荷載,154.75kN,2),靜動彎拉失穩(wěn)破壞機(jī)理對比分析,,(a),靜力,:,作用時間相對較長，材料內(nèi)部的損傷主要表現(xiàn)為微裂縫的擴(kuò)展、聯(lián)結(jié)和貫穿然后導(dǎo)致破壞；,,(b),動力,:,因此材料內(nèi)部的損傷主要表現(xiàn)為大量的微空洞和微裂紋生成，但來不及擴(kuò)展。,,靜載作用下梁的開裂過程,動載作用時梁的開裂過程,一,、,研究的意義,和,試驗成果分析,,二、,混凝土細(xì)觀力學(xué)研究方法,,三,、混凝土試件數(shù)值模擬的基本方程,,四、混凝土試件的二維數(shù)值模擬,,五,、混凝土三維細(xì)觀有限元并行計算研究,,六、結(jié)束語,匯 報 大 綱,1,、并行計算研究的意義,,,1,）混凝土黏結(jié)帶區(qū)域薄，一般在

16、,40-50,微米；,,,2,）全級配混凝土試件尺寸大；,,全級配試件三維數(shù)值模型的節(jié)點自由度達(dá)到幾十萬甚至上百萬，要進(jìn)行大尺度全級配試件三維數(shù)值模擬，必須想辦法解決計算速度這個瓶頸問題，必須進(jìn)行并行計算研究。,,1,、并行計算的兩種方案,,1,）對現(xiàn)有混凝土細(xì)觀力學(xué)分析串行程序進(jìn)行了并行算法優(yōu)化設(shè)計（國防科大合作）：,,首先，從整體上提出了一個將有限單元分布與未知量分布有機(jī)結(jié)合的整體并行算法設(shè)計方案,。,,在進(jìn)行并行算法設(shè)計時，整體上按有限元個數(shù)平均分配來進(jìn)行任務(wù)劃分，假設(shè)一共有,p,個處理器，將所有有限元分成,p,部分，每一部分中的有限元分配到一個處理器上。對一個給定的有限單元，如果分配到

17、第,k,個處理器，則與之有關(guān)的計算在第,k,個處理器上進(jìn)行。在對各個單元進(jìn)行計算時，各個單元的計算之間是互不相關(guān)的，可以完全并行。,,然后分別針對剛度矩陣裝配、雙門檻不完全,Cholesky,分解預(yù)條件、稀疏矩陣與向量相乘、稀疏向量相加等核心算法，提出了相應(yīng)的高效并行算法。,,模擬標(biāo)準(zhǔn)濕篩試件靜加載損傷破壞過程，其三維模型共有,71013,節(jié)點，,78800,單元，求解自由度約為,21,萬。計算約需要,8,個小時。計算平臺為水科究院網(wǎng)絡(luò)中心,Sun6800,（,4,個主頻,1G CPU,、,8G,內(nèi)存、,540G,的磁盤整列存儲空間）,,,,2,）基于,并行有限元程序自動生成系統(tǒng),PFEPG,

18、,,（,1,）并行有限元程序自動生成系統(tǒng),PFEPG,的基本思想：,,元件化程序設(shè)計,,程序自動生成技術(shù),,區(qū)域分解法,,將有限元程序分成：前處理分區(qū)、,start,、,bft,、,solv,、,E,和,U,等 六個模塊,,,其中,E,和,U,元件程序根據(jù)用戶給出的偏微分方程描述文件（,vde,或,pde,），算法文件（,nfe,）由系統(tǒng)自動生成，其余幾個元件程序由系統(tǒng)給出，不隨表達(dá)式的變動而變動。,,（,2,）并行計算的程序結(jié)構(gòu),,,前處理數(shù)據(jù),主進(jìn)程程序,partition,元件,bftm,元件,getpart,元件,msolv,元件,recv,元件,時間是否結(jié)束,迭代是否結(jié)束,從進(jìn)程程序

19、,否,sgetpart,元件,bfts,元件,U,元件,spart,元件,時間是否結(jié)束,,迭代是否結(jié)束,否,start,元件,E,元件,solv,元件,否,否,主調(diào)用程序,圖非線性動態(tài)問題并行求解流程框圖,,（,3,）混凝土細(xì)觀數(shù)值模擬的,FEPG,文件,,,gio,命令流文件,,,stdya,\,位移場對應(yīng)單元計算文件為,stdya.vde,,stdyb,\,應(yīng)力場對應(yīng)單元計算文件為,stdyb.vde,,\,空一行,,#,elemtype,c8g2 \,單元類型，,8,節(jié)點六面體,2,階高斯積分,,3dxyz \,三維直角坐標(biāo)系,,,,gc

20、n,命令流文件,,,defi,\,關(guān)鍵字,,a,stdya,& \a,場求解位移，對應(yīng),a,場算法文件為,stdya.nfe,,\ &,表示生成的文件不重新命名,,b,stdyb,\b,場求解應(yīng)力，對應(yīng)算,b,場法文件為,stdyb.nfe,,\,空一行，表示定一段結(jié)束，以下通過命令流組織計算流程,,startilu,a \,對應(yīng)預(yù)處理共軛梯度法不存單剛方式位移場初始化,,if exist stop del stop,,:1,,bft,a \,邊值計算,,if exist end del end,,:2,,solvilu,a

21、 \,預(yù)處理共軛梯度法求解位移,,if not exist end,goto,2 \,控制非線性迭代,,stress b \,最小二乘法求解應(yīng)力場,,post a \,按時間步輸出結(jié)果,,if not exist stop,goto,1,\,控制時間循環(huán),nfe,算法文件,,,（,1,）位移算法,stdya.nfe,文件,,按照動靜力學(xué)方程求解步驟，用,FEPG,有限元語言編寫的求解位移的,nfe,文件。,,,（,2,）應(yīng)力算法,stdyb.nfe,文件,,在

22、求得位移后,，,用最小二乘法求應(yīng)力。,,,,,表示由已知變形算得的應(yīng)力,，,,,為待求的光滑后的應(yīng)力。,,,vde,文件,,,a),單元位移計算的,stdya.vde,文件,,b),單元應(yīng)力計算的,stdyb.vde,文件,,根據(jù)上一時間步的應(yīng)變率計算強度和彈模強化參數(shù),單元位移計算,vde,文件框圖,dfi,信息段：定義未知量、坐標(biāo)、函數(shù)以及傳遞已知量等,對高斯點上的應(yīng)力、本構(gòu)及損傷關(guān)系參量賦初值,計算單元剛度矩陣和荷載列陣,根據(jù)位移求高斯點主應(yīng)力、主應(yīng)變、判斷該單元是否有新的損傷,,,更新最大應(yīng)變,計算損傷參數(shù),dfi,信息段：定義未知量、坐標(biāo)、函數(shù)、傳遞高斯點應(yīng)力、最大拉應(yīng)變及材料參數(shù),

23、計算高斯點損傷參數(shù),根據(jù)高斯點上的本構(gòu)及損傷關(guān)系參量計算單元剛度,,單元應(yīng)力計算,vde,文件框圖,根據(jù)高斯點應(yīng)力和損傷參數(shù)計算最小二乘法的右端項,,,將剛度陣賦值為零,,5,、,PFEPG,程序的生成和運行,,,1),填寫,Partition,文件,,2),運行,mpi,命令：,mpi,gcn,文件的前綴名,,3),把全部并行,fortran,源程序（*,.f,文件），,fegen.b,、,runmpi,、,time0,、,nbefile,、,partition.dat,、*,.,io,傳送到并行機(jī),,4),在并行機(jī)上運行命令,:,csh,–x,fegen.b,,5),運行前處理,,6),修

24、改,hosts,文件和,runmpi,文件,,7),在并行機(jī)上運行如下命令,:,csh,–x,runmpi,,8),運行后處理,,(1),并行計算環(huán)境,,1,）硬件環(huán)境：,,4,臺以主頻,3G,、內(nèi)存,1G,的,PC,機(jī)以千兆以太網(wǎng)連接的工作站。,,2,）軟件環(huán)境：,,Linux,操作系統(tǒng),,,,PFEPG,并行有限元程序自動生成系統(tǒng)平臺,,采用,MPICH,通信。,,6,、,并行計算分析,(2),細(xì)觀模型選取及并行程序生成,,1,）計算模型：,整個剖分區(qū)域共有,111988,個單元，,76810,個節(jié)點。,,,圖,55,三維隨機(jī)骨料分布,濕篩混凝土彎拉三維數(shù)值模型,(c),空間網(wǎng)格,(d),

25、對稱面網(wǎng)格切面,(f),骨料單元,(e),固化水泥砂漿單元,(g),界面單元,P,(a),三維數(shù)值模型平面圖（單位,: mm,）,50,50,150,150,150,550,150,(b),約束條件,a,）一種單元類型對應(yīng)的一個,vde,文件；,,b,）跨中細(xì)觀剖分區(qū)域與其它區(qū)域獨立分開；,,c,）執(zhí)行,gio,命令流文件后修改,pre,文件和對應(yīng)各物理場以,io,為擴(kuò)展名的文件；,,d,）再執(zhí)行,pre,命令和其它,vde,文件（除,gio,文件中,vde,文件）,,e,）生成單機(jī)串行程序，再按,PFEPG,程序步驟生成該問題的并行程序。,,f,）修改材料參數(shù)（修改,elem0,和,elem

26、b0,中的材料參數(shù)）,,，進(jìn)行并行計算。,,,模型并行計算分區(qū)圖,partition.dat,文件為,,4 2 \4,個分區(qū)，,2,表示按坐標(biāo)分區(qū),,2 2 1 \ x,方向剖分?jǐn)?shù)為,2,，,y,方向剖分?jǐn)?shù)為,2,，,z,方向剖分?jǐn)?shù)為,1,(3),預(yù)靜載作用下三維細(xì)觀模型并行計算分析,,圖中,2dp1,為第三章二維串行程序的,,三維模型并行計算是在主頻為,3G,、內(nèi)存為,1G,的,4,個,PC,節(jié)點的并行集群上進(jìn)行的。最大控制位移為,5.0×10,-4,，非線性迭代位移誤差范數(shù)控制為,10,-15,，最大迭代次數(shù)為,15,次。,,,靜力計算耗時約,15.6,小時；

27、,,動力計算耗時約,21,小時；,,其它有預(yù)靜載的情況介于兩者之間。,圖,59,預(yù)靜載對靜動綜合強度的影響,一,、,研究的意義,和,試驗成果分析,,二、,混凝土細(xì)觀力學(xué)研究方法,,三,、混凝土試件數(shù)值模擬的基本方程,,四、混凝土試件的二維數(shù)值模擬,,五,、混凝土三維細(xì)觀有限元并行計算研究,,六、結(jié)束語,匯 報 大 綱,全級配混凝土的動態(tài)性能研究是當(dāng)前我國高拱壩抗震分析中需要深入研究的高難度的前沿科研課題。,,已取得的主要研究成果有以下幾個方面：,,1,）目前我們已經(jīng)初步建立了混凝土細(xì)觀靜、動力學(xué)分析體系的框架。這個體系由以下幾部分組成：,,,(1),混凝土材料力學(xué)特性的應(yīng)變率強化定律；,,,(

28、2),混凝土損傷演化關(guān)系；,,,(3),既考慮細(xì)觀損傷弱化又計及應(yīng)變率強化效應(yīng)的混凝土非線性有限元靜動力學(xué)方程；,,,(4),較為完善的隨機(jī)骨料模型及細(xì)觀有限元剖分方法；,,,(5),二維和三維混凝土細(xì)觀力學(xué)串行和并行計算程序,。,,2,）初步揭示了混凝土動彎拉強度隨應(yīng)變率、混凝土細(xì)觀不均勻性以及預(yù)靜載的變化規(guī)律。,所面臨問題：,,,1,）損傷模型的改進(jìn)：本文所采用的混凝土損傷演化關(guān)系模型是一種線彈性雙折線模型，沒有考慮考慮混凝土在卸載時損傷恢復(fù)的情況。建立適用于復(fù)雜受力狀態(tài)損傷演化本構(gòu)關(guān)系是一項艱巨的任務(wù)，特別是動損傷模型的研究。,,,2,）細(xì)觀模型參數(shù)及測試手段的研究：混凝土細(xì)觀力學(xué)是一個

29、新興學(xué)科，目前尚缺少較完整系統(tǒng)的宏觀混凝土特別是全級配混凝土動態(tài)試驗成果，更不用說混凝土細(xì)觀各項參數(shù)的測試成果。另外混凝土細(xì)觀力學(xué)特性的測試手段和方法也是需要研究的課題。,,3,）細(xì)觀參數(shù)的驗證：本文混凝土細(xì)觀各項參數(shù)大多是根據(jù)現(xiàn)有一般混凝土力學(xué)特性參數(shù)試驗結(jié)果估算得到的。這些細(xì)觀參數(shù)需要試驗驗證。另外，各類細(xì)觀數(shù)值模型計算參數(shù)取值對計算結(jié)果的敏感性有待于進(jìn)一步研究。,,,4,）斷裂破壞機(jī)理的研究：需要進(jìn)一步研究模擬混凝土試件的裂縫擴(kuò)展過程和損傷斷裂破壞機(jī)理，為建立更加理想混凝土本構(gòu)關(guān)系服務(wù)。,,,5,）細(xì)觀網(wǎng)格的改進(jìn)：本文采用有限元網(wǎng)格大小是由最小骨料顆粒粒徑?jīng)Q定的一致性網(wǎng)格，節(jié)點多，計算規(guī)模大，特別是全級配混凝土大試件的細(xì)觀數(shù)值模擬尤為突出，使網(wǎng)格疏密合理布置有待又進(jìn)一步研究解決。另外，細(xì)觀區(qū)域的厚度及細(xì)觀單元的尺寸有待進(jìn)一步研究。,,,謝謝大家！,