结构损伤演化过程的时空多尺度计算方法及其应用

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1、学校代码：10286分类号：TB12密级：公开UDC：531学号：119165结构损伤演化过程的时空多尺度计算方法及其应用研究生姓名：王新月导师姓名：李兆霞教授申请学位类别工学博士学位授予单位东南大学一级学科名称力学论文答辩日期2018年06月28日二级学科名称工程力学学位授予日期20年月日答辩委员会主席邵国建评阅人2018年06月28日博士学位论文结构损伤演化过程的时空多尺度计算方法及其应用专业名称：工程力学研究生姓名：王新月导师姓名：李兆霞教授本论文获国家十三五重点研发计划课题（课题编号2016YFC0701301-02）和国家自然科学基金项目

2、（项目编号11072060）资助。AThesisSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofDoctorofEngineeringBYXinyueWangSupervisedbyProf.ZhaoxiaLiCollegeofCivilEngineeringSoutheastUniversityApril2018东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过

3、的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：日期：东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社有限公司、万方数据电子出版社、北京万方数据股份有限公司有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括以电子信息形式刊登）论文

4、的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布（包括以电子信息形式刊登）授权东南大学研究生院办理。研究生签名：导师签名：日期：摘要结构损伤演化过程的时空多尺度计算方法及其应用博士研究生：王新月导师：李兆霞教授摘要土木工程结构的损伤演化过程跨越多个时空尺度。在土木工程结构中，材料内部微、细观缺陷与宏观结构在空间尺度上存在显著差异，并且不同尺度上以及不同荷载所造成的损伤演化速率也大有不同，这使得传统单一尺度上的损伤分析难以准确描述结构材料内部微、细观损伤演化规律与结构整体劣化之间的联系，也无法合理有效的分析不同损伤演化速率下的损伤演化过程，给结构损伤分

5、析和全寿命安全评估带来隐患。为了满足工程结构安全性分析的需要和研究土木工程结构时空多尺度的损伤机理，本文致力于建立工程结构损伤多尺度演化致结构失效过程的计算方法。论文的主要研究工作和成果如下：在连续介质损伤力学基础上，建立了能够描述损伤演化导致的材料伪软化现象的本构方程，并通过材料性能实验反演了工程用钢的损伤参数；基于ABAQUS的二次开发接口编写了描述钢材伪软化行为的用户材料子程序，并通过与解析解对比验证了子程序的正确性和有效性。对两种钢梁柱节点和含有梁柱节点的二层钢框架在拟地震反复荷载作用下的结构响应进行分析，研究了钢结构局部材料细观损伤演化过

6、程，探索了损伤演化导致的材料伪软化行为与钢梁柱节点抗震性能劣化之间的关系，并基于二层钢框架的空间多尺度模型分析了钢材伪软化行为与钢框架抗震性能劣化的关系。计算结果表明，材料子程序是正确且能有效描述损伤演化致材料伪软化现象；考虑损伤伪软化得到的仿真结果更符合工程实际，在工程结构损伤失效过程分析中应当考虑材料的伪软化行为；材料的伪软化行为对钢构件的抗震性能有影响，其中刚度退化系数、强度退化系数受到影响大，而粘滞阻尼系数受到影响较小；在拟地震荷载加载初期，材料的伪软化行为对钢框架的抗震性能没有影响，可以忽略；在钢框架破坏前，伪软化区域会急剧扩展，钢框架整

7、体抗震性能有明显的降低。相比构件层次，钢框架的性能参数劣化更加突然、迅速。钢构件和钢框架的骨架曲线非线性阶段均可以划分为强化和软化两个阶段。材料伪软化区域面积的增加，与构件和框架性能的劣化与失效相关。论文基于非重叠型区域分解算法，建立了适用于工程结构多尺度损伤分析的串行子结构非线性计算方法。算法将工程问题分解成若干子结构问题，有效降低工程结构模型的计算规模。在调研商业软件ABAQUS的多种开发接口的基础上，提出了两种可行的实施方法，考虑程序调试方便性和可移植性，选择通过ABAQUS二次开发接口编写Python程序来具体实施。基于非重叠性区域分解方法

8、中的D-N计算方法，建立了含缺I东南大学博士学位论文陷桁架梁的宏观-细观多尺度模型，对含缺陷桁架梁在荷载作用下的响应进行分