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基于FEMDEM的斜坡堤护面块体破坏的数值模拟
| 论文题名： | 基于FEMDEM的斜坡堤护面块体破坏的数值模拟 |
| 关键词： | 混凝土;护面块体;斜坡堤;数值模拟;斜坡式防波堤;防浪结构物 |
| 摘要： | 斜坡式防波堤是近海沿岸工程中常用的防浪结构物，人工块体护面斜坡堤是其中重要的一种型式。护面块体为混凝土准脆性材料，预制过程中存在一些连接部位较弱的现象，且在外荷载作用下易发生谐振、摇滚、坍塌补位、脱位撞击等导致混凝土拉应力及压碎破坏。目前国内外关于斜坡堤稳定性及破坏的研究基本上依据物理模型试验，关于精细模拟护面块体破坏的研究尚不多见，因此开展块体间动力荷载下的变形、应力变化以及裂缝断裂破坏的工作具有重要的意义。 本文首先验证了用于解决固体断裂破碎的数值方法FEMDEM核心部分的接触检索法Munjiza-NBS的高效性，通过算例对其CPU执行时间、RAM占用大小两方面进行了考察。通过可视化的计算机绘图技术和非结构化网格生成程序EasyMesh建立起了块体、斜坡模型库，采用AutoCAD图形交换DXF格式文件编制了接口程序实现了块体破坏过程的计算机可视化。利用FEMDEM方法模拟了冲击荷载下四点对称支撑素混凝土梁的动力响应，并采用有限元软件ABAQUS验证该问题应力分布及应力值大小，对梁的挠度曲线进行了对比分析;对四点对称支撑梁采用独立结点编号，基于虚拟裂缝模型模拟了梁裂缝形成扩展及断裂破坏过程，并通过图形后处理对比分析了该计算结果和混凝土拉伸破坏过程。 上述工作的基础上，开展了斜坡堤护面块体相互作用的几个FEMDEM数值算例的工作，讨论了四角空心块体间接触碰撞的应力分布及应力值大小、规则摆放的混凝土块体在斜坡上滑移碰撞过程中的拉压应力峰值较为集中的区域、给定相当速度的块体间撞击的断裂破坏和压碎破坏过程。对计算结果进行了分析比较，总结了块体裂缝形成及扩展趋势。 对护面块体的碰撞应力、裂缝形成以及断裂破坏过程模拟的计算结果表明:断裂破坏通常在外边界转角处发生拉应力破坏、在顶点处易发生压碎破坏;裂缝通常由边界转角处形成并由内向外朝着边界转角处扩展，甚至发生贯穿的断裂破坏。FEMDEM方法将模拟结构应力和变形的有限元法和能够计算单元间接触力并跟踪结点运动的离散单元法结合起来，有效地模拟连续介质向非连续介质转化的过程。本论文的研究工作将为斜坡式防波堤护面层人工块体的裂缝扩展、断裂破坏的研究工作提供了一种有效可行的方法。 |
| 作者： | 蔡波 |
| 专业： | 港口、海岸及近海工程 |
| 导师： | 任冰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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