基于契合理论的砌体严格匀质化理论研究

来源 :长沙理工大学 | 被引量 : 13次 | 上传用户:bjzcha
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砌体严格匀质化方法能通过在计算软件中实现对砌体结构进行灵活网格划分,最终完成对各类砌筑模式砌体结构受力性能和破坏机理的分析。此方法结合了分离式与整体连续体模型的优势,避免了前者建模的复杂以及后者计算结果的粗糙,为建立精确的砌体结构理论,满足工程分析需求的细致化提供了前提。本文首次引入契合理论分析砌体,建立选取砌体严格匀质化RVE模型的方法,并推导数值模拟的边界条件与初始条件,致力于建立砌体细观力学性能与宏观力学性能间的联系。本文的主要研究成果如下:(1)针对砌体的砌筑模式存在多样性,系统的平面分割缺乏理论基础以及二维周期性材料的描述存在局限性这三点问题,本文首次引入契合理论对砌体结构进行分析,探究平面应力假设下常见砌筑模式砌体的内在契合规律,基于契合理论对各类砌筑模式砌体进行周期性平面分割,并对契合形的组元进行解构研究,首次研究提出砌体结构契合解构方法。结果表明,各类砌筑模式砌体的组元都存在三种基本形式:矩形、平行四边形以及菱形。而对于同一砌筑模式砌体,其相同形式的组元又存在多种不同契合模式,契合模式各异的各个组元最终可以解构为几类最简契合骨骼单元。本研究为砌体严格匀质化理论的周期性分割提供了依据,为建立组元与相应RVE间的数学关系提供了前提,并为砌体的匀质化提供了新的思路与方法。(2)针对造成组元差异的因素有待研究,选取最佳组元的标准有待确立这一问题。结合采用契合理论分析砌体的结论,研究各类砌筑模式砌体的组元参照系及其对边情况,首次研究决定最佳组元的因素,找出了既能良好描述砌体二维周期性又能简化出最佳砌体重复单元的组元。上述研究能为砌体匀质化过程中RVE模型的选取提供指导。(3)针对宏观均匀应力状态的实现条件需要进一步探究,砌体严格匀质化过程在计算软件中的实现及应用条件有待进一步研究,这两点问题,本文介绍了宏观匀质化的实验条件,采用契合图形解释砌体在宏观均匀应力场中的变形特征,并采用数学语言对其进行描述。另外,对严格匀质化的实现过程进行了数学描述,并获得了匀质化过程应考虑因素的研究结论。上述研究揭示了砌体严格匀质化的应力应变环境,为将砌体的严格匀质化理论应用于实际工程提供了指导。(4)针对国内部分相关研究在进行数值模拟时RVE采用的边界条件与初始条件与理论推导不相符这一问题,本文探索了基本组元与RVE之间契合关系的数学模式,推导了基本组元以及与其对应的RVE的边界条件与初始条件。上述研究建立了组元与RVE之间的联系,另外,为在计算软件中实现RVE的匀质化提供了具体的边条与初始条件。
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