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钢筋混凝土结构冲击失效的三维流形元模拟研究
发布时间: 2025-08-28
基本信息
合作方式：
技术转让
成果类型：
发明专利
行业领域：
建筑业,土木工程建筑业
成果介绍
本成果基于连续 - 非连续耦合理论，运用数值流形方法（NMM）开发三维数值流形动力学分析软件。该方法采用数学网格和物理网格构成双重网格系统，覆盖材料区域的连续与非连续部分，通过求解物理覆盖自由度和权函数加权描述位移场，实现对结构变形和破坏行为的模拟。在模拟过程中，基于接触理论开发的接触算法，能高效准确地处理非连续面上的接触问题；针对钢筋混凝土各组分特性建立的本构模型和失效判据，可有效描述结构在冲击下的力学响应。
成果亮点
本成果开发的三维接触算法经巴西圆盘、霍普金森杆等模型验证，模拟结果与理论或解析解吻合良好，如霍普金森杆入射波和反射波强度模拟值与解析解误差小于4%。通过大量模拟实验，确定了关键接触参数（位移比率、时间步长和弹簧刚度）的合理取值范围，位移比建议在模型特征尺寸的 0.0003 - 0.0005 倍，时间步长适用于动态模拟的范围是 1e - 7 到 1e - 9 秒，弹簧刚度通常取材料弹性模量 E 的 3 - 5 倍。基于最大拉应力准则的拉伸断裂准则及相关算法，在四点加载梁、带裂纹巴西圆盘等典型断裂案例中，能准确模拟裂纹扩展过程，模拟结果与实验或其他方法结果高度一致，且能有效处理多裂纹问题，在素混凝土颗粒冲击刚性靶模型中，可精确模拟多裂纹起裂、扩展、汇聚和贯通及大位移碎裂现象。此外，构建的三维拓扑覆盖系统和程序框架有效，模拟结果验证了算法处理不同冲击场景的能力，如两个块体碰撞模拟符合动量和能量守恒定律，泰勒杆件撞击模拟结果与Abaqus相比误差在 1% 左右。
团队介绍
长安大学（Chang’an University），位于陕西省西安市，简称“长大”，直属国家教育部，是国家首批“211工程”重点建设大学、国家“985工程优势学科创新平台”建设高校、国家“双一流”建设高校。入选国家“111计划”、“双万计划”、教育部“卓越工程师教育培养计划”、国家建设高水平大学公派研究生项目、世界能源大学联盟成员高校，丝绸之路大学联盟，是高水平行业特色大学优质资源共享联盟。
成果资料
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