[00769175]混凝土材料粘性裂纹扩展过程的预测方法

　　成果简介

　　混凝土材料是一种类似半脆性材料，由于其抗压而不抗拉的特性，容易产生断裂破坏。混凝土材料的断裂过程中，裂纹尖端附近存在着粘聚力，呈现粘性特征，因而其扩展过程比较复杂。在对混凝土材料的断裂过程分析中裂纹边界在不断发生变化，所以有限元方法在模拟混凝土的断裂过程就比较困难。这是因为有限元法的计算过程依赖于固定的网格划分，在模拟变化网格的断裂问题中需要进行反复的网格重划分，因而计算过程的前期准备工作过于繁琐（近年来发展起来的扩展有限元可以在不进行重新划分网格的基础下分析断裂问题，但是这种技术在国内应用还不很成熟）。边界元分区子域法可以很好地克服网格的重新划分问题，因为该方法只需要在边界上进行网格划分，求解域内不需要划分网格。在计算裂纹扩展过程时，可以以裂纹面为界面将结构分成不同的区域，这种方法可以解决数学上由于不能区分上下两个裂纹面而引起的奇异问题。

　　本项目通过对常规边界元法的介绍和理论推导，得出用于求解平面问题的边界元子域法方程。介绍了用于求解裂纹过程的最大主应力准则以及增量迭代法。采用最大主应力准则判断裂纹 扩展方向，取代了以往采用应力强度因子法判断裂纹扩展方向的方法。采用边界元子域法可以分析混凝土构件裂纹扩展过程中外部荷载和加载点位移之间的关系、裂纹扩展过程中裂纹口张开位移以及裂纹尖端张开位移、粘性裂纹的断裂韧度和起裂韧度，并能模拟粘性裂纹在扩展过程中的 裂纹路径。对边界元子域法求解混凝土构件粘性裂纹扩展过程的方法进行了软件开发，用FORTRAN 语言编制了计算软件，可用于工程结构设计中。

　　推广应用范围、条件和前景：本项目得到的计算方法可以用于解决工程中混凝土结构的断裂破坏问题，可用于大型素混凝土结构，如大坝的裂破坏过程模拟。