随机网格的刚体弹簧模型及其断裂力学应用

赵超¹，刘波^1,2，钟新谷³

1. 中国矿业大学(北京)力学与建筑学院2. 深部岩土力学与地下工程国家重点实验室3. 湖南科技大学土木工程学院

摘 要：基于刚体弹簧法的基本原理,给出了一种用于模拟混凝土断裂力学问题且能够显式描述裂缝的非连续数值方法.采用刚体弹簧模型模拟混凝土,并基于Voronoi图生成其随机网格;采用混凝土单轴应力-应变曲线定义混凝土界面弹簧刚度,并通过能量释放率考虑混凝土受拉软化现象;采用Mohr-Coulomb准则判断混凝土的剪切破坏行为,并考虑了骨料咬合作用对抗剪的影响.选取典型的双边缺口板和单边缺口简支梁为研究对象,通过与试验结果对比分析验证了本文方法的有效性.结果表明:所给方法能够简单合理地模拟结构的开裂行为,对于结构的开裂模式有很好的识别能力,是分析混凝土断裂力学问题的一种可行且有效的方法.

关键词：混凝土结构;断裂力学;刚体弹簧法;裂缝扩展;Voronoi图;