[发明专利]一种基于格构模型的混凝土材料损伤演变过程的模拟方法

权利要求书

1.一种基于格构模型的混凝土材料损伤演变过程的模拟方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

步骤S1：构建混凝土材料细观格构模型；

步骤S2：基于Timoshenko梁理论建立混凝土材料细观格构模型的有限元方程；

步骤S3：基于混凝土材料的特性，采用Mazars损伤本构模型模拟混凝土材料力学性能的劣化；

步骤S4：按位移加载的牛顿迭代法对混凝土材料细观格构模型进行计算求解，将计算结果经过处理对混凝土材料的损伤演化过程进行仿真分析。

2.根据权利要求1所述的基于格构模型的混凝土材料损伤演变过程的模拟方法，其特征在于：步骤S1具体包括：

步骤S11：确定混凝土材料的尺寸，在待构建的混凝土材料细观格构模型边界上生成固定单元节点，在混凝土材料细观格构模型区域内随机生成单元节点，遍历所有单元节点，并按照由下至上、由左至右的顺序，将单元节点全部存储于节点信息矩阵内；

步骤S12：继续遍历所有单元节点，并按照由下至上、由左至右的顺序将所有单元节点依次相连，形成连接后的单元节点编号并存放在单元信息矩阵内，完成格构模型的几何搭建；

步骤S13：确定各级配骨料的粒径范围及个数，在混凝土材料细观格构模型区域内生成各骨料级配的随机骨料，沿着骨料边界向外等厚度拓展界面过渡层，将生成的骨料信息存入骨料信息矩阵中；

步骤S14：结合步骤S12中搭建的格构模型，将单元中点的位置对步骤S13中的骨料进行识别，对于不同相材料的单元赋予相应的材料参数，即若单元中点的位置位于骨料区域内，则将此单元判定为骨料单元，若单元中点的位置位于骨料边界与界面过渡层之间，则将此单元判定为界面过渡层，若单元中点的位置位于界面过渡层区域外，则将此单元判定为砂浆单元。

3.根据权利要求2所述的基于格构模型的混凝土材料损伤演变过程的模拟方法，其特征在于：步骤S2具体包括：

步骤S21：构建的混凝土材料细观格构模型选用Timoshenko梁单元，并根据有限元理论推导出剪切刚度矩阵和弯曲刚度矩阵；

步骤S22：剪切刚度矩阵采用缩减积分代替精确积分，将剪切刚度矩阵和弯曲刚度矩阵叠加，获取单元刚度矩阵；

步骤S23：通过坐标转换矩阵将单元坐标系下的单元刚度矩阵转化为整体坐标系下的单元刚度矩阵，再将各个整体坐标系下的单元刚度矩阵中的元素按照编码规则叠加至总体刚度矩阵中，得到混凝土材料细观格构模型的有限元方程，其中总体刚度矩阵为变量，其与混凝土材料细观格构模型中单元的损伤程度有关联。

4.根据权利要求3所述的基于格构模型的混凝土材料损伤演变过程的模拟方法，其特征在于：步骤S23中得到的混凝土材料细观格构模型的有限元方程为

K·q＝P (1)

公式(1)中，K为总体刚度矩阵，q为位移向量，P为荷载向量。

5.根据权利要求3所述的基于格构模型的混凝土材料损伤演变过程的模拟方法，其特征在于：步骤S3具体包括：

步骤S31：步骤S2中得到的混凝土材料细观格构模型有限元方程中，总体刚度矩阵与混凝土材料细观格构模型中单元的损伤程度有关联，采用Mazars损伤本构模型模拟混凝土材料力学性能的劣化，通过损伤变量D来表示混凝土材料细观格构模型中单元的损伤程度；

步骤S32：基于Lemaitre应变等效原理，得到混凝土材料细观格构模型中单元的刚度削减方程，通过刚度的不断削减体现混凝土材料整体力学性能的劣化。

6.根据权利要求4所述的基于格构模型的混凝土材料损伤演变过程的模拟方法，其特征在于：步骤S31中，当D＝0，表示混凝土材料细观格构模型中单元无损伤；

当单元等效应变大于应变阈值时，混凝土材料损伤开始演化；

当D＝1，表示混凝土材料细观格构模型中单元失效破坏。