【博士】混合離散單元模型的砌體結構倒塌反應分析

內容簡介

　　地震作用下的倒塌是既有結構最為復雜的動力反應之一，對這一現(xiàn)象的分析具有深刻的　　理論意義，同時也是工程實踐的迫切需要。對于砌體這種在地震中經常受到嚴重損壞甚至倒　　塌的結構形式，有關的研究還在起步階段，大量的問題尚待解決。本文基于離散單元法的思　　想．提出了一種混合離散單元模型．探討了其面向對象的程序實現(xiàn)方式，開發(fā)了相應的圖形　　模塊，對砌體結構的倒塌反應進行了計算機仿真分析，并用已有的振動臺模型試驗對仿真分　　析結果(三維圖像、位移曲線、加速度曲線)進行了驗證?！　‰x散單元法具有不同的實現(xiàn)方式，本文對其動態(tài)松弛求解過程進行了分析，強調了這種　　求解方式在結構分析中應用時所需解決的關鍵問題。針對砌體結構的特點，通過消隱單元定　　位的方式，對樓板、圈粱、構造柱等混凝土構件進行了離散和組裝，并用同樣的方式建立了　　局部碳纖維加固砌體結構的計算模型，初步實現(xiàn)了對“混合”結構形式的離散單元建模；在　　對單元的空間運動進行系統(tǒng)地矢量描述的基礎上，將多面體單元的接觸判斷和接觸力求解以　　及單純形積分方法引入了結構倒塌反應分析中：提出了彈簧點的概念并解釋了其在力學上的　　意義，為在倒塌分析中離散單元法和有限單元法的耦合做了理論上的準備；在多剛體一彈簧　　模型的基礎上，實現(xiàn)了砂漿彈簧和塊體接觸兩種不同本構關系的“混合”；為確定相關的參　　數，進行了灰縫砂漿的壓剪試驗研究，根據試驗結果將Columb準則引入結構離散元倒塌分　　析中，用以描述灰縫砂漿材料在壓剪復合應力狀態(tài)下的脆性破壞行為。在以上工作的基礎上，　　本文應用所提出的混合離散單元模型對準靜力反應問題、簡單的動力反應問題和振動臺模型　　的倒塌反應進行了仿真分析，并從數學意義和物理意義上探討了剛度、阻尼、時步等關鍵參　　數的耦合作用，提出了適用于倒塌分析的收斂準則。與相關解析計算結果或試驗結果的對比　　說明本文提出的理論模型符合實際，在對倒塌這一復雜動力反應進行定量分析時可以達到一　　定的精度?！　‰x散單元法的工程應用必須借助高效率的計算軟件來實現(xiàn)，而目前基于離散單元法的通　　用仿真軟件尚未大規(guī)模出現(xiàn)，被國外著名軟件壟斷的局面還未形成，因此有關數據結構、算　　法和程序開發(fā)的研究是當務之急。本文對以上混合離散單元模型的程序實現(xiàn)進行了深入的探　　討，設計了功能較為完善的數據結構和程序結構，借助三維圖形標準開發(fā)了可用于動態(tài)演示　　計算結果的圖形仿真模塊．并以完整的仿真系統(tǒng)開發(fā)為背景研究了核心計算模塊和后處理模　　塊的接口方式。這些工作為仿真系統(tǒng)穩(wěn)定性、可開發(fā)性和高效率提供了保證，力求改變程序　　開發(fā)工作缺乏延續(xù)性或只能應用于特定課題的狀況?！　〗Y合以上的研究內容，本文最后對結構倒塌反應分析這一課題中尚應繼續(xù)深入的內容提　　出了相應的建議。　　　　

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