第40卷第3期2010年5月东南大学学报(自然科学版)JOURNALOFSOUTHEASTUNIVERSITY(NaturalScienceEdition)Vol.40No.3May2010doi:10.3969/j.issn.1001-0505.2010.03.019结构损伤多尺度描述及其均匀化算法陈志文李兆霞(东南大学土木工程学院,南京210096)摘要:为了解局部细节含细观缺陷结构在劣化初期的力学行为,建立了结构损伤在细、宏观尺度下的分析模型.基于均匀化方法和连续损伤力学框架,提出了一个可实现跨越细、宏观尺度结构损伤演化过程分析的均匀化算法.算例分析说明了所提出的结构损伤多尺度描述及其算法的可行性和必要性.研究结果表明:考虑结构中含细观缺陷部位的细观损伤描述和所建立的结构损伤多尺度算法,可对结构实现跨细、宏观尺度的应力、应变、损伤等力学量的同时获取,从而能够同时获得结构局部的细观损伤状态、演化过程及其对结构宏观应力应变响应与失效的影响.随着局部细观损伤的发展将导致构件整体力学性能的下降,这种考虑由于结构自身固有特点存在易损部位的结构损伤多尺度分析,对于正确认识结构的损伤失效行为是非常必要的.关键词:多尺度损伤;局部缺陷;损伤分析;细观尺度中图分类号:O34615文献标志码:A文章编号:1001-0505(2010)0320533205Multi2scaledamagemodelinganditshomogenizationarithmeticforanalysesonstructuraldeterioratingChenZhiwenLiZhaoxia(SchoolofCivilEngineering,SoutheastUniversity,Nanjing210096,China)Abstract:Amulti2scalemodelingforstructuraldamageanditsarithmeticforanalysesonstructuraldeterioratingisdevelopedinordertoanalyzethebehaviorthatsomepartsofastructurecontainingmeso2defectsinthelocaldetailsshownonlineardamageorlocalfailureduetostressconcentrationwhile,mostly,partsofthestructureremainelasticandlinearbehaviorofresponsesontheinitialstageofthestructuredeterioration.Damagemodelinginbothlocaldetailsinmeso2scaleandglobalstructureinmacro2scaleareestablished.Akindofhomogenizationarithmeticspeciallyusedforscaletransitionofdamageevolutionprocessesinmulti2scaleisproposedaccordingtothecontinuumdam2agetheoryandhomogenizationmethod.Numericalresultsonthedamageanalysesforaweldedcom2ponentshowthefeasibilityofthedevelopedhomogenizationarithmeticaswellasthenecessityofthemulti2scaleanalysesfordamagebehaviorinthecomponentandtheinfluenceonthestructuralre2sponse.Theresultsshowthatthemeso2damageevolutionmayleadtoadeclineinwholestructuralresponse;therefore,themulti2scaledamageanalysesconsideringthefragiledetailsisessentialtothestudyofthestructuralfailurebehavior.Keywords:multi2scalemodelingofdamage;localdefect;damageanalyses;meso2scale收稿日期:2010201225.作者简介:陈志文(1981—),男,博士生;李兆霞(联系人),女,博士,教授,博士生导师,zhxli@seu.edu.cn.基金项目:国家自然科学基金资助项目(10672038,90715014).引文格式:陈志文,李兆霞.结构损伤多尺度描述及其均匀化算法[J].东南大学学报:自然科学版,2010,40(3):5332537.[doi:10.3969/j.issn.1001-0505.2010.03.019]结构中的局部缺陷、损伤和疲劳累积是结构失效的主要原因[1].在结构不同构件的交汇处由于容易发生应力集中,即使在整体结构还处于弹性阶段时也可能到达塑性、发生损伤乃至局部失效而导致结构性能下降甚至引发整体失效,因此需要对这些局部连接处予以重点关注.这就要求用于结构损伤分析的有限元分析模型必须能同时考虑到局部细节的缺陷和损伤演化、累积过程及其对整体结构响应的影响,即要求所建立的有限元模型包含多个尺度[2].近年来,材料与结构的多尺度模拟和计算已经迅速发展成一个研究热点.不仅针对非均匀材料强度提出一些多尺度分析方法[328],还对工程结构损伤分析提供了一些有效的结构多尺度分析方法[9211].但是,在考虑结构局部细节处的缺陷和损伤演化特性与累积过程对结构进行非线性响应和损伤失效过程分析方面仍然有诸多关键问题亟待解决.本文在连续介质力学范畴内,从研究结构损伤...
