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内容简介

　　《结构损伤多尺度模拟与分析》介绍了作者带领的研究团队十多年来在大型土木结构损伤多尺度模拟与分析领域的主要研究成果及其在结构抗震分析、桥梁疲劳损伤预后分析中的应用。
　　《结构损伤多尺度模拟与分析》主要内容包括：微细、宏观尺度上材料与结构的损伤特征观测与分析，不同尺度上材料与结构损伤的合理表征及其量化方法，结构损伤多尺度分析的基本方程与计算方法，结构损伤多尺度分析的实施流程及其验证，损伤跨尺度演化致混凝土构件局部失效的模拟与分析，混凝土结构损伤演化致失效过程的多尺度跨层次自适应模拟与分析，以及大跨桥梁钢箱梁结构疲劳损伤演化过程的多尺度跨层次模拟。
　　《结构损伤多尺度模拟与分析》同时介绍了这些理论与方法在钢筋混凝土框架结构损伤失效分析与重大桥梁工程结构疲劳损伤演化过程模拟中的应用。
　　《结构损伤多尺度模拟与分析》可作为力学、土木、防灾、交通相关专业研究生的参考读物，也可供相关领域的科研人员和相关工程结构设计与维护的技术人员在其研究和工作中参考。

内页插图

目录

第一章 绪论

第二章 微细、宏观尺度上材料与结构的损伤特征观测与分析
2．1 金属结构焊接区的微细观缺陷及其演化特性
2．1．1 焊接结构内部缺陷探测
2．1．2 两类主要初始缺陷
2．1．3 细观裂纹演化特性
2．1．4 细观孔洞演化特性
2．2 焊接区域损伤演化的分形特征
2．2．1 分形的概念
2．2．2 焊接损伤区域裂纹扩展的分形特征
2．2．3 细观孔洞演化过程中的分形维数
2．3 多尺度同步观测与分析获得的钢结构疲劳损伤跨尺度演化特征
2．3．1 观测方法
2．3．2 疲劳裂纹萌生机制分析
2．3．3 疲劳裂纹扩展规律
2．3．4 疲劳裂纹萌生过程中的损伤多尺度特征分析
2．3．5 宏细观损伤与结构响应的关联性分析
2．3．6 易损部位损伤导致的结构响应非线性效应
2．4 混凝土类脆性材料细宏观损伤特征及其演化特性
2．4．1 混凝土在材料层次上的微细宏观损伤特征及演化特性
2．4．2 构件和结构层次上的混凝土损伤特征及演化特性

第三章 不同尺度上材料与结构损伤的合理表征及其量化方法
3．1 焊接损伤区的分形损伤跨尺度表征
3．1．1 含细观裂纹的焊接区域中分形损伤跨尺度表征
3．1．2 含细观孔洞的焊接区域中分形损伤跨尺度表征
3．2 金属疲劳损伤多尺度表征及其跨尺度演化规律
3．2．1 微裂纹成核与扩展行为
3．2．2 疲劳损伤变量的定义
3．2．3 描述疲劳微裂纹成核与扩展行为的多尺度损伤演化方程
3．2．4 模型参数反演与模型验证
3．3 脆性材料中分布式微裂纹的损伤表征方法
3．3．1 含大量分布裂纹的无限大脆性固体的细观力学模型
3．3．2 微裂纹对混凝土材料宏观性能的影响
3．4 由微裂纹跨尺度扩展主导的混凝土损伤演化过程数值模型
3．4．1 模拟准则与建模流程
3．4．2 裂纹扩展准则
3．4．3 裂纹扩展过程中的各种扩展形态的模拟
3．4．4 数值模拟案例
3．5 构件与结构中的耗能型损伤的表征与量化方法
3．5．1 构件与结构耗能型损伤表征的思路及原理
3．5．2 构件与结构耗能型损伤量化方法
3．5．3 常用的工程结构损伤指标
3．5．4 典型钢筋混凝土框架结构的损伤量化分析
3．6 钢架结构局部与整体损伤的表征与量化方法
3．6．1 易损局部的特征及其定义
3．6．2 结构损伤演化过程分析中的各层次代表性体元及其尺度特征
3．6．3 构件层次上的损伤表征与量化方法
3．6．4 结构层次上的损伤表征与量化方法
3．6．5 各类典型钢架结构的损伤量化方法
3．6．6 节点处的损伤对结构损伤的影响
3．6．7 框架结构中构件层次损伤与结构层次损伤之间的关联性
3．6．8 绪构损伤模拟与量化分析案例：门式钢框架结构

第四章 结构损伤多尺度分析的基本方程与计算方法
4．1 结构损伤多尺度分析的基本方程
4．1．1 串行嵌套多尺度方法的基本方程
4．1．2 一致多尺度方法的基本方程
4．2 串行嵌套式多尺度计算方法
4．2．1 物理平均化方法
4．2．2 数学渐进均匀化方法
4．2．3 两种方法的联系与区别
4．3 一致多尺度计算方法及跨尺度界面单元衔接
4．3．1 跨尺度界面位移协调方法
4．3．2 跨尺度界面应力连续方法
4．3．3 约束方程由局部坐标系到整体坐标系的转换
4．4 考虑局部损伤演化的结构抗震性能多尺度分析方法
4．4．1 地震荷载下钢材损伤演化率与损伤本构关系
4．4．2 钢结构地震损伤多尺度分析方法及其实施流程
……

第五章 结构损伤多尺度分析的实施流程及其验证
第六章 损伤跨尺度演化致混凝土构件局部失效的模拟与分析
第七章 混凝土损伤演化致结构失效过程的多尺度跨层次自适应模拟与分析
第八章 大跨桥梁钢箱梁结构疲劳损伤演化过程的多尺度跨层次模拟

参考文献
作者简介
彩图附录

前言/序言

　　多尺度模拟和计算是21世纪迅速发展起来的热点与前沿研究方向，特别是在材料科学、化学、流体力学和生物学领域，因为这些领域中的问题本质上是多个尺度相关及耦合的，即同一问题在不同尺度下的演变过程是由不同的物理定律支配，但在不同尺度上的响应特性又是相互关联的。因此，目前国际上方兴未艾的多尺度模拟与分析研究大都是针对材料特性分析的需要，并应用于各类非均质材料包括混凝土的多尺度损伤与失效过程模拟，涉及的尺度量级为纳米尺度到微观或者宏观尺度。与材料多尺度损伤及破坏现象类似，结构损伤及性能劣化也是从局部的微细观缺陷开始的多尺度演化过程。但是却只有较少的研究工作关注结构损伤分析中的多尺度问题。
　　结构损伤演化过程不仅是多尺度耦合的，同时还是跨层次的，而且大型土木工程结构的多尺度演化机理与结构构造存在相关性。现代重大工程结构的两类基本构造钢结构与钢筋混凝土结构在多尺度建模理论上是既有相关性又有所区别的：前者须重点关注源于结构高内力区的焊连接部位细观缺陷的损伤演化，后者应关注关键承重、传力构件的易损局部中混凝土内部的细观裂纹及其与钢筋之间结合面上的界面缺陷。但从离散化角度看，它们的共性特征都是：结构性能由结构的整体刚度矩阵的性质来决定，不同构造类型的结构损伤演化在开始时都是局部性的，对应的都只是结构整体刚度矩阵中一个很小部分的变化，但这个“很小”的变化最终却可能导致庞大结构的失效。起源于材料层次上的微细观尺度的缺陷如何在结构最不利局部发生演化，蔓延到结构中的构件层次损伤乃至导致结构整体失效？这是一个亟待探讨的关键科学问题。大型土木结构的破坏常常是突发的灾难性行为，因此比材料的失效更为可怕。损伤多尺度演化在不同层次上的临界敏感性表现为，如果结构服役期内长期累积的损伤已达一定程度，脆弱的非稳定状态随时可能被台风、地震等极端灾害引发的过载造成损伤演化的“跃进”而打破，使得损伤演化从材料或构件层次突然上升高一阶层次造成灾难。为有效干预和阻止这类损伤演化致结构失效的过程以保障结构全寿命安全，唯一的途径是必须能够模拟和分析这类复杂的演化过程，这也正是作者所带领的研究团队多年来为之不懈奋斗的目标。
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