編寫了GTN、VGM、SMCS、CVGM、DSPS等多種微細觀損傷模型的UMAT和VUMAT用戶子程序嵌入ABAQUS中，針對國內(nèi)多種建筑鋼材進行實驗，識別其等向-隨動材料強化參數(shù)及微細觀損傷斷裂預測參數(shù)，實現(xiàn)了基于微細觀損傷理論的鋼材斷裂預測；分別選取典型單層球殼、柱殼算例進行地震作用下的動力全過程分析，統(tǒng)計其內(nèi)力響應規(guī)律；針對大跨空間結(jié)構(gòu)常用圓鋼管構(gòu)件，在常用幾何和設計參數(shù)范圍內(nèi)，依據(jù)球殼及柱殼地震內(nèi)力響應規(guī)律，對其軸向拉壓、常軸力壓彎尤其變軸力壓彎復雜受力狀態(tài)下的滯回性能進行系統(tǒng)參數(shù)分析，并完成圓鋼管構(gòu)件偏心拉壓和變軸力壓彎/拉彎等滯回性能試驗，揭示圓鋼管構(gòu)件損傷破壞機理，提煉恢復力模型；基于微觀損傷斷裂預測模型，實現(xiàn)了網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)材料、構(gòu)件乃至結(jié)構(gòu)的多尺度精確全過程動力分析，真實模擬網(wǎng)殼強震下的桿件斷裂失效導致結(jié)構(gòu)倒塌全過程，給出合理抗震設計建議。項目成果對完善鋼管結(jié)構(gòu)抗震設計方法和理論、科學模擬其動力災變過程、準確評價既有結(jié)構(gòu)安全性尤為重要。 2100433B

圓鋼管構(gòu)件力學性能好、應用廣泛,但強震中圓鋼管及其構(gòu)建空間結(jié)構(gòu)體系仍有破壞，說明其地震破壞機理尚未透徹，相應抗震設計準則和技術(shù)措施仍需完善。目前圓鋼管軸心受力構(gòu)件抗震性能研究較多，壓彎構(gòu)件空間滯回特性亦有涉及，但均未考慮管材和加工工藝對低周疲勞特性的影響，缺乏從微觀反映構(gòu)件損傷形態(tài)和變化的材料模型，且未根據(jù)空間結(jié)構(gòu)地震響應特性考慮桿件軸力變化。因此，本項目擬建立合理體現(xiàn)屈服平臺、包辛格效應、強化及累積損傷影響的GTN鋼材損傷模型，分別以熱軋、冷彎低合金和不銹鋼構(gòu)件為研究對象，選取常用幾何和設計參數(shù)，對其軸向拉壓、常軸力壓彎尤其變軸力壓彎復雜受力狀態(tài)滯回性能進行系統(tǒng)參數(shù)分析，輔以試驗，揭示其損傷破壞機理，提煉恢復力模型，力圖真正實現(xiàn)材料、構(gòu)件乃至結(jié)構(gòu)的多尺度精確全過程分析，給出合理抗震設計建議。項目成果對完善鋼管結(jié)構(gòu)抗震設計方法和理論、科學模擬其動力災變過程、準確評價既有結(jié)構(gòu)安全性尤為重要。

高強度厚板焊接組合鋼構(gòu)件是近年來重大鋼結(jié)構(gòu)工程經(jīng)常采用的構(gòu)件形式。隨著構(gòu)件所用鋼板厚度的增加，其板內(nèi)與焊縫處的缺陷、裂紋敏感性迅速增加，構(gòu)件的性能表現(xiàn)較一般構(gòu)件復雜得多。此類構(gòu)件損傷機理與滯回性能的描述和模擬是預測重大鋼結(jié)構(gòu)工程在強震下災變效應與破壞過程的關(guān)鍵科學問題之一。本項目將高強厚板焊接組合鋼構(gòu)件的損傷機理及其演化模型的建立為研究目標，完成高強厚鋼板及其焊縫的主要力學性能試驗，完成高強度厚板焊接組合鋼構(gòu)件縮尺模型的循環(huán)加載試驗；通過理論分析和數(shù)值手段，并結(jié)合試驗結(jié)果，探索高強厚板焊接組合鋼構(gòu)件的動力損傷機理并提煉損傷擴展、累積、破壞特征，研究損傷退化規(guī)律；建立可以考慮損傷累積的厚板焊接組合鋼構(gòu)件滯回模型，揭示其破壞破壞模式，為進行重大鋼結(jié)構(gòu)工程在強震作用下整體結(jié)構(gòu)性態(tài)與災變?nèi)^程的正確描述以及結(jié)構(gòu)失效模式的準確預測提供科學基礎(chǔ)。

本課題從焊接殘余應力和損傷累積兩個方面對厚鋼板焊接組合構(gòu)件及框架結(jié)構(gòu)進行了研究。 首先基于熱-力間接耦合法，研發(fā)了適用于厚板多維多道焊接的子程序DFLUX，并對不同類型Q345厚鋼板的對接焊縫殘余應力進行了三維有限元分析以及實測研究，建立了厚板構(gòu)件殘余應力的數(shù)值模型，分析了不同截面形式厚鋼板構(gòu)件不同形式荷載作用下的靜力和滯回性能；提出了便于工程應用的殘余應力簡化計算方法，并進行了精度驗證。研究表明，厚鋼板焊接殘余應力主要分布在焊縫及其熱影響區(qū)（HAZ）范圍內(nèi)，并以縱向拉應力為主；殘余應力峰值以及焊接殘余應力對焊縫區(qū)損傷值的影響隨著板厚度的增加而增加，殘余應力可使得構(gòu)件提前進入塑性，但由于塑性重分布的作用，殘余應力對構(gòu)件承載能力和滯回性能的影響很小。 基于塑性累積應變的損傷模型和不可逆熱力學損傷模型，借助ABAQUS軟件的二次開發(fā)平臺，研發(fā)了適用于不同單元類型的損傷本構(gòu)子程序UMAT，探討了焊接厚鋼板組合構(gòu)件在復雜外荷載作用下的損傷演化規(guī)律及其對厚板力學性能的影響，并對高厚比、寬厚比等參數(shù)做了分析。將分析推廣到結(jié)構(gòu)層次，建立了箱型厚板構(gòu)件組成的框架數(shù)值模型，研究了其靜力性能和滯回性能。研究表明，材料累積損傷會造成構(gòu)件及結(jié)構(gòu)的剛度退化，滯回環(huán)面積減小，耗能能力降低?？傮w來說，損傷的影響作用比殘余應力的影響作用更為顯著。同時，為了深入了解厚鋼板材料的損傷機理，完成了適合于厚板鋼材的材性試驗。通過試驗數(shù)據(jù)可以得到厚板Z向和橫向的不同力學性能及其損傷演化規(guī)律。試驗表明，隨著塑性應變的累積，材料性能退化嚴重。 此外，基于上述研究成果及已完成的工作，對腹板開圓孔鋼框架的動力性能進行了研究。建立了考慮樓板組合效應以及腹板開圓孔對構(gòu)件產(chǎn)生削弱影響的塑性鉸模型，研究了樓板組合效應對腹板開圓孔組合構(gòu)件整體抗震性能的影響規(guī)律。研究表明，考慮混凝土樓板的組合效應以后，結(jié)構(gòu)的剛度增加，使得梁腹板開圓孔的削弱對結(jié)構(gòu)整體性能的影響減小。 2100433B

流變是巖石的重要力學特性之一，在巖石的流變過程中，不僅存在流變變形。也會引起損傷，即螨變損傷。巖石的蠕變損傷是連續(xù)損傷，因而可用連續(xù)損傷理論及相應的損傷演變力程， 但必須反映蠕變的非線性過程及速率變化的影響，即蠕變的力學模型。