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混凝土大坝各向异性脆性动力损伤问题的三维有限元程序与分析

作　者: 李鸿波
导　师: 张我华
学　校: 浙江大学
专　业: 岩土工程
关键词: 三维动力损伤有限元程序 各向异性损伤 脆性动力损伤分析 混凝土重力坝 拱坝 爆炸冲击载荷 地震载荷
分类号: TV642
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要


目前,混凝土大坝的抗震、防爆安全评价多以传统的力学理论为基础,由于未考虑材料中微裂纹的产生、发展所造成的“材料动态劣化”对材料动力学性能的影响,而且应力分析以线弹性理论为基础,较少考虑坝体断裂损伤等非线性反应,因此无法对大坝在地震以及爆炸冲击载荷作用下的破坏状态进行正确评价。本文在编号为50379046的国家自然科学基金项目的资助下,较系统地研究了三维各向异性脆性损伤动力学理论在混凝土大坝工程结构动力分析中的应用。开发了通用的三维各向异性脆性动力损伤有限元分析程序。并应用该程序分别对混凝土重力坝和拱坝及其岩基系统在爆炸冲击载荷作用下和地震载荷作用下的三维向异性脆性动力损伤过程进行了有限元分析和数值模拟。主要工作如下: 1.推导了岩石类介质的三维各向异性脆性损伤本构模型、各向异性损伤演化方程以及岩石类结构的三维动力损伤有限元方程。根据虚功原理,推导出了三维各向异性脆性动力损伤问题的弱解积分形式。并以此为理论基础,基于FEPG系统研制开发出了独立通用的三维各向异性脆性动力损伤有限元分析程序(3DADDFEP)。 2.利用3DADDFEP程序,对爆炸冲击载荷作用下的混凝土拱坝及其岩基、混凝土重力坝及其岩基和地震作用下的混凝土拱坝及其岩基进行了三维有限元动力分析和三维脆性动力损伤过程的数值模拟,得出以下结论: (1) 爆炸冲击载荷作用附近以及其对应坝体背面的相应位置,最易发生损伤破坏。爆炸载荷的峰值和持续时间对损伤的发展和扩散有重要的影响。当冲击载荷产生的动应力远远高于材料的损伤发展门槛值时,材料的损伤将会急剧增加,这对结构的安全是极为不利的。由于爆炸载荷的作用时间比较短,损伤分布的局部化比较明显。 (2) 强地震作用下,在拱坝上部,特别是在坝体和坝肩的结合部位,最易发生

全文目录


摘要  3-5
Abstract  5-9
第一章 绪论  9-20
  1．1 大坝抗震、防爆安全评价综述  9-12
  1．2 损伤力学概述  12-14
  1．3 岩石类介质各向异性损伤理论的研究现状  14-20
第二章 各向异性损伤力学基础  20-41
  2．1 损伤力学基本概念  20-25
  2．2 损伤力学基本假定  25-30
  2．3 脆性动力损伤的特点  30-35
  2．4 各向异性损伤力学的热力学基础  35-40
  2．5 本章小结  40-41
第三章 岩石类介质的各向异性脆性动力损伤模型  41-72
  3．1 岩石-岩体构造的宏观损伤特征  41-44
  3．2 混凝土、岩石类材料脆性损伤特征  44-48
  3．3 各向异性脆性损伤的一般理论  48-58
  3．4 岩石损伤变量的描述  58-62
  3．5 岩石类介质的三维各向异性脆性动力损伤模型  62-65
  3．6 各向异性脆性演化方程  65-68
  3．7 岩石类结构的脆性动力损伤有限元模型  68-70
  3．8 本章小结  70-72
第四章 三维各向异性脆性动力损伤有限元程序设计  72-81
  4．1 FEPG系统简介  72
  4．2 偏微分方程的弱形式  72-74
  4．3 三维各向异性脆性动力损伤问题的弱形式  74-78
  4．4 三维各向异性脆性动力损伤有限元FORTRAN程序设计  78-80
  4．5 本章小结  80-81
第五章 大坝系统的动力载荷  81-91
  5．1 大坝与基础的地震载荷作用  81-85
  5．2 作用于岩石类结构的爆炸冲击载荷  85-88
  5．3 大坝与基础的流体动力载荷作用  88-90
  5．4 本章小结  90-91
第六章 混凝土大坝三维各向异性脆性动力损伤有限元分析  91-111
  6．1 爆炸载荷作用下混凝土拱坝的动力损伤有限元分析  91-99
  6．2 爆炸载荷作用下混凝土重力坝的动力损伤有限元分析  99-103
  6．3 地震作用下混凝土拱坝的动力损伤有限元分析  103-110
  6．4 本章小结  110-111
第七章 结论与展望  111-115
  7．1 本文的主要工作及结论  111-113
  7．2 对进一步研究的展望  113-115
附录Ⅰ 生成3DADDFEP的源文件及说明  115-129
附录Ⅱ 3DADDFEP使用说明  129-131
参考文献  131-137
致谢  137

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中图分类: > 工业技术 > 水利工程 > 水利枢纽、水工建筑物 > 挡水坝 > 混凝土坝
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