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內容簡介

　　《結構損傷多尺度模擬與分析》介紹瞭作者帶領的研究團隊十多年來在大型土木結構損傷多尺度模擬與分析領域的主要研究成果及其在結構抗震分析、橋梁疲勞損傷預後分析中的應用。
　　《結構損傷多尺度模擬與分析》主要內容包括：微細、宏觀尺度上材料與結構的損傷特徵觀測與分析，不同尺度上材料與結構損傷的閤理錶徵及其量化方法，結構損傷多尺度分析的基本方程與計算方法，結構損傷多尺度分析的實施流程及其驗證，損傷跨尺度演化緻混凝土構件局部失效的模擬與分析，混凝土結構損傷演化緻失效過程的多尺度跨層次自適應模擬與分析，以及大跨橋梁鋼箱梁結構疲勞損傷演化過程的多尺度跨層次模擬。
　　《結構損傷多尺度模擬與分析》同時介紹瞭這些理論與方法在鋼筋混凝土框架結構損傷失效分析與重大橋梁工程結構疲勞損傷演化過程模擬中的應用。
　　《結構損傷多尺度模擬與分析》可作為力學、土木、防災、交通相關專業研究生的參考讀物，也可供相關領域的科研人員和相關工程結構設計與維護的技術人員在其研究和工作中參考。

內頁插圖

目錄

第一章 緒論

第二章 微細、宏觀尺度上材料與結構的損傷特徵觀測與分析
2．1 金屬結構焊接區的微細觀缺陷及其演化特性
2．1．1 焊接結構內部缺陷探測
2．1．2 兩類主要初始缺陷
2．1．3 細觀裂紋演化特性
2．1．4 細觀孔洞演化特性
2．2 焊接區域損傷演化的分形特徵
2．2．1 分形的概念
2．2．2 焊接損傷區域裂紋擴展的分形特徵
2．2．3 細觀孔洞演化過程中的分形維數
2．3 多尺度同步觀測與分析獲得的鋼結構疲勞損傷跨尺度演化特徵
2．3．1 觀測方法
2．3．2 疲勞裂紋萌生機製分析
2．3．3 疲勞裂紋擴展規律
2．3．4 疲勞裂紋萌生過程中的損傷多尺度特徵分析
2．3．5 宏細觀損傷與結構響應的關聯性分析
2．3．6 易損部位損傷導緻的結構響應非綫性效應
2．4 混凝土類脆性材料細宏觀損傷特徵及其演化特性
2．4．1 混凝土在材料層次上的微細宏觀損傷特徵及演化特性
2．4．2 構件和結構層次上的混凝土損傷特徵及演化特性

第三章 不同尺度上材料與結構損傷的閤理錶徵及其量化方法
3．1 焊接損傷區的分形損傷跨尺度錶徵
3．1．1 含細觀裂紋的焊接區域中分形損傷跨尺度錶徵
3．1．2 含細觀孔洞的焊接區域中分形損傷跨尺度錶徵
3．2 金屬疲勞損傷多尺度錶徵及其跨尺度演化規律
3．2．1 微裂紋成核與擴展行為
3．2．2 疲勞損傷變量的定義
3．2．3 描述疲勞微裂紋成核與擴展行為的多尺度損傷演化方程
3．2．4 模型參數反演與模型驗證
3．3 脆性材料中分布式微裂紋的損傷錶徵方法
3．3．1 含大量分布裂紋的無限大脆性固體的細觀力學模型
3．3．2 微裂紋對混凝土材料宏觀性能的影響
3．4 由微裂紋跨尺度擴展主導的混凝土損傷演化過程數值模型
3．4．1 模擬準則與建模流程
3．4．2 裂紋擴展準則
3．4．3 裂紋擴展過程中的各種擴展形態的模擬
3．4．4 數值模擬案例
3．5 構件與結構中的耗能型損傷的錶徵與量化方法
3．5．1 構件與結構耗能型損傷錶徵的思路及原理
3．5．2 構件與結構耗能型損傷量化方法
3．5．3 常用的工程結構損傷指標
3．5．4 典型鋼筋混凝土框架結構的損傷量化分析
3．6 鋼架結構局部與整體損傷的錶徵與量化方法
3．6．1 易損局部的特徵及其定義
3．6．2 結構損傷演化過程分析中的各層次代錶性體元及其尺度特徵
3．6．3 構件層次上的損傷錶徵與量化方法
3．6．4 結構層次上的損傷錶徵與量化方法
3．6．5 各類典型鋼架結構的損傷量化方法
3．6．6 節點處的損傷對結構損傷的影響
3．6．7 框架結構中構件層次損傷與結構層次損傷之間的關聯性
3．6．8 緒構損傷模擬與量化分析案例：門式鋼框架結構

第四章 結構損傷多尺度分析的基本方程與計算方法
4．1 結構損傷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 一緻多尺度方法的基本方程
4．2 串行嵌套式多尺度計算方法
4．2．1 物理平均化方法
4．2．2 數學漸進均勻化方法
4．2．3 兩種方法的聯係與區彆
4．3 一緻多尺度計算方法及跨尺度界麵單元銜接
4．3．1 跨尺度界麵位移協調方法
4．3．2 跨尺度界麵應力連續方法
4．3．3 約束方程由局部坐標係到整體坐標係的轉換
4．4 考慮局部損傷演化的結構抗震性能多尺度分析方法
4．4．1 地震荷載下鋼材損傷演化率與損傷本構關係
4．4．2 鋼結構地震損傷多尺度分析方法及其實施流程
……

第五章 結構損傷多尺度分析的實施流程及其驗證
第六章 損傷跨尺度演化緻混凝土構件局部失效的模擬與分析
第七章 混凝土損傷演化緻結構失效過程的多尺度跨層次自適應模擬與分析
第八章 大跨橋梁鋼箱梁結構疲勞損傷演化過程的多尺度跨層次模擬

參考文獻
作者簡介
彩圖附錄

前言/序言

　　多尺度模擬和計算是21世紀迅速發展起來的熱點與前沿研究方嚮，特彆是在材料科學、化學、流體力學和生物學領域，因為這些領域中的問題本質上是多個尺度相關及耦閤的，即同一問題在不同尺度下的演變過程是由不同的物理定律支配，但在不同尺度上的響應特性又是相互關聯的。因此，目前國際上方興未艾的多尺度模擬與分析研究大都是針對材料特性分析的需要，並應用於各類非均質材料包括混凝土的多尺度損傷與失效過程模擬，涉及的尺度量級為納米尺度到微觀或者宏觀尺度。與材料多尺度損傷及破壞現象類似，結構損傷及性能劣化也是從局部的微細觀缺陷開始的多尺度演化過程。但是卻隻有較少的研究工作關注結構損傷分析中的多尺度問題。
　　結構損傷演化過程不僅是多尺度耦閤的，同時還是跨層次的，而且大型土木工程結構的多尺度演化機理與結構構造存在相關性。現代重大工程結構的兩類基本構造鋼結構與鋼筋混凝土結構在多尺度建模理論上是既有相關性又有所區彆的：前者須重點關注源於結構高內力區的焊連接部位細觀缺陷的損傷演化，後者應關注關鍵承重、傳力構件的易損局部中混凝土內部的細觀裂紋及其與鋼筋之間結閤麵上的界麵缺陷。但從離散化角度看，它們的共性特徵都是：結構性能由結構的整體剛度矩陣的性質來決定，不同構造類型的結構損傷演化在開始時都是局部性的，對應的都隻是結構整體剛度矩陣中一個很小部分的變化，但這個“很小”的變化最終卻可能導緻龐大結構的失效。起源於材料層次上的微細觀尺度的缺陷如何在結構最不利局部發生演化，蔓延到結構中的構件層次損傷乃至導緻結構整體失效？這是一個亟待探討的關鍵科學問題。大型土木結構的破壞常常是突發的災難性行為，因此比材料的失效更為可怕。損傷多尺度演化在不同層次上的臨界敏感性錶現為，如果結構服役期內長期纍積的損傷已達一定程度，脆弱的非穩定狀態隨時可能被颱風、地震等極端災害引發的過載造成損傷演化的“躍進”而打破，使得損傷演化從材料或構件層次突然上升高一階層次造成災難。為有效乾預和阻止這類損傷演化緻結構失效的過程以保障結構全壽命安全，唯一的途徑是必須能夠模擬和分析這類復雜的演化過程，這也正是作者所帶領的研究團隊多年來為之不懈奮鬥的目標。
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