- 科学出版社
- 9787030861511
- 1版
- B5
- 2026-06
作者简介
内容简介
本书系统探讨纤维增强复合材料与混凝土界面力学分析的理论与方法，重点关注界面的力学行为。在理论层面，基于内聚力模型框架，分析界面在静载、疲劳及复杂应力状态下的损伤演化规律，并对传统界面的黏结-滑移理论进行拓展。在数值模拟方面，结合有限元计算分析平台，介绍用户子程序的开发方法，通过雅可比矩阵优化和状态变量跟踪，提升界面非线性问题的计算效率与收敛性。此外，本书探索智能算法在界面分析中的应用，为界面力学研究提供新的思路。最后，讨论结构健康监测数据与数值模型的融合方法，为工程实践提供参考。
目录
目录
前言
第Ⅰ篇 基础理论
第1章 概述 3
1.1 FRP-混凝土界面的组成与基本特征 3
1.2 界面破坏及黏结-滑移关系 5
1.2.1 混凝土基体黏聚破坏 6
1.2.2 胶黏剂层黏聚破坏 6
1.2.3 界面黏结破坏 7
1.2.4 FRP层间分离 8
1.2.5 混合模式破坏 8
1.2.6 黏结-滑移本构关系及其力学意义 9
1.3 环境作用与耐久性 10
1.3.1 湿度作用 10
1.3.2 温度作用 11
1.3.3 湿热耦合作用 11
1.3.4 碱性与化学环境 12
1.3.5 长期荷载与力学老化 12
1.4 本章小结 12
第2章 FRP-混凝土界面本构模型 14
2.1 静载条件下FRP-混凝土界面的黏结-滑移模型 14
2.1.1 单一(纯切向)加载模式下的黏结-滑移模型 14
2.1.2 混合加载模式下的黏结-滑移模型 19
2.1.3 Zhang本构模型 22
2.1.4 考虑界面摩擦的FRP-混凝土界面模型 27
2.2 疲劳荷载条件下FRP-混凝土界面的黏结-滑移模型 32
2.2.1 单一加载模式下的黏结-滑移模型 32
2.2.2 混合加载模式下的黏结-滑移模型 36
2.3 本章小结 41
2.4 本章的核心价值 42
参考文献 42
第3章 钢筋混凝土本构模型 44
3.1 混凝土潜在断裂面的混合模式本构模型 44
3.1.1 模型基本原理 45
3.1.2 界面开裂条件 46
3.1.3 界面闭合条件 48
3.1.4 数值实现与参数标定建议 49
3.2 钢筋-混凝土界面的混合模式本构模型 49
3.2.1 异形钢筋 50
3.2.2 光圆钢筋 53
3.3 本章小结 54
3.4 本章的核心价值 55
参考文献 55
第4章 内聚力模型的理论演进与界面参数智能反演 56
4.1 内聚力模型发展历程 56
4.2 内聚力单元的基本原理 59
4.2.1 内聚力单元的类型 59
4.2.2 单元组成 60
4.3 基于多源信息融合的界面本构参数反演识别 63
4.3.1 反问题的数学适定性与正则化目标泛函 63
4.3.2 代理模型辅助的全局优化策略 63
4.4 本章小结 64
4.5 本章的核心价值 65
参考文献 65
第Ⅱ篇 分析方法
第5章 有限元实现 71
5.1 有限元分析法 71
5.2 商用有限元软件ABAQUS简介 73
5.2.1 前处理平台——ABAQUS/CAE 74
5.2.2 后处理平台——ABAQUS/Viewer 75
5.2.3 隐式求解模块——ABAQUS/Standard 75
5.2.4 显式求解模块——ABAQUS/Explicit 76
5.2.5 INP文件的基本结构 76
5.2.6 INP文件的语法规则与书写规则 78
5.3 二维有限元模型建立 80
5.3.1 二维内聚力模型生成方法 81
5.3.2 混凝土细观模型内聚力单元生成程序 83
5.3.3 混凝土及潜在断裂面的建模 92
5.3.4 钢筋-混凝土复合模型建模程序 105
5.3.5 钢筋混凝土建模 113
5.3.6 FRP-混凝土界面建模程序 125
5.3.7 FRP材料建模 134
5.4 三维有限元模型建立 140
5.4.1 三维内聚力模型生成方法 141
5.4.2 三维混凝土细观模型内聚力单元生成算法 142
5.4.3 钢筋混凝土建模 162
5.4.4 FRP-混凝土界面内聚力单元生成算法 169
5.4.5 FRP-混凝土界面建模 175
5.5 本章小结 179
5.6 本章的核心价值 180
第6章 基于VUMAT的FRP-混凝土子程序设计 181
6.1 用户子程序概述 181
6.1.1 用户子程序简介 181
6.1.2 编写用户子程序基本语法 181
6.2 VUMAT用户子程序简介 182
6.3 二维FRP-混凝土界面本构模型 183
6.3.1 子程序接口与模型参数初始化 184
6.3.2 应变更新及应力计算子程序的设计 185
6.3.3 主循环与界面应力计算 187
6.4 三维FRP-混凝土界面本构模型 191
6.4.1 子程序接口与模型参数初始化 191
6.4.2 主循环与拉压行为分离 193
6.5 本章小结 197
6.6 本章的核心价值 198
第7章 基于UINTER的FRP-混凝土子程序设计 199
7.1 UINTER用户子程序简介 199
7.2 子程序接口声明与变量定义 199
7.2.1 子程序接口声明 199
7.2.2 变量类型与声明 200
7.2.3 用户定义材料属性的读取与赋值 200
7.3 模型参数计算 201
7.3.1 相关参数计算 201
7.3.2 中间变量的计算 202
7.3.3 雅可比矩阵导数计算 204
7.4 应力与刚度矩阵更新 206
7.4.1 法向受拉 206
7.4.2 法向受压 209
7.5 适用于疲劳加载条件的子程序设计 210
7.6 本章小结 220
7.7 本章的核心价值 222
参考文献 222
第8章 二维钢筋混凝土本构模型子程序设计 223
8.1 二维混凝土潜在断裂面本构模型子程序 223
8.1.1 概述与模型理论基础 223
8.1.2 VUMAT接口与数据 223
8.1.3 总应变更新 225
8.1.4 损伤判别 226
8.1.5 损伤因子计算以及失效的判断 228
8.1.6 应力更新 231
8.2 二维钢筋-混凝土界面本构模型子程序 234
8.2.1 概述与模型理论基础 234
8.2.2 VUMAT接口与数据 234
8.2.3 应力更新 235
8.3 面向实时仿真的物理信息神经网络本构替代技术 238
8.3.1 基于VUMAT的全域高保真数据生成 238
8.3.2 嵌入热力学一致性的损失函数架构 238
8.3.3 异构计算架构下的工程部署 239
8.4 本章小结 239
8.5 本章的核心价值 240
第9章 三维钢筋-混凝土界面本构模型子程序设计 241
9.1 概述与模型理论基础 241
9.2 VUMAT接口与数据 241
9.3 总应变更新 242
9.4 损伤判别 243
9.5 损伤因子计算以及失效的判断 246
9.6 混凝土潜在断裂面的应力更新 248
9.7 钢筋-混凝土界面的应力计算及更新 252
9.8 本章小结 256
9.9 本章的核心价值 257
第Ⅲ篇 分析实例
第10章 FRP加固钢筋混凝土梁弯曲斜裂缝致脱黏 261
10.1 问题概述 261
10.2 有限元模型的建立 262
10.2.1 几何特征及加载形式 262
10.2.2 相互作用及约束 263
10.2.3 荷载及边界条件 264
10.3 材料属性 267
10.3.1 创建材料 267
10.3.2 创建截面 268
10.3.3 指派截面 270
10.4 定义分析步属性 272
10.5 定义输出选项 274
10.6 创建作业及调用子程序 277
10.7 结果分析 279
10.7.1 模型验证 279
10.7.2 模拟结果分析：FRP-混凝土界面本构模型的影响 282
10.8 本章小结 283
10.9 本章的核心价值 284
参考文献 284
第11章 FRP-混凝土界面混合模式脱黏 285
11.1 问题概述 285
11.2 有限元模型的建立 285
11.2.1 几何特征及加载形式 285
11.2.2 相互作用及约束 286
11.2.3 荷载及边界条件 287
11.3 材料属性 289
11.3.1 创建材料 289
11.3.2 创建截面 290
11.3.3 指派截面 290
11.4 定义分析步属性 291
11.5 定义输出选项 293
11.6 创建作业及调用子程序 294
11.7 结果分析 295
11.7.1 模型验证 295
11.7.2 参数分析 298
11.8 本章小结 300
11.9 本章的核心价值 301
参考文献 302
第12章 玄武岩纤维复合材料抗剪加固钢筋混凝土梁的计算分析 303
12.1 问题概述 303
12.2 有限元模型的建立 303
12.2.1 几何特征及加载形式 303
12.2.2 相互作用及约束 305
12.2.3 荷载及边界条件 307
12.3 材料属性 309
12.3.1 创建材料 309
12.3.2 创建截面 309
12.3.3 指派截面 309
12.4 定义分析步属性 311
12.5 定义输出选项 312
12.6 创建作业及调用子程序 313
12.7 结果分析 315
12.7.1 模型验证 315
12.7.2 模拟结果分析 318
12.8 面向全寿命周期的BFRP加固结构数字孪生演化 324
12.8.1 虚拟传感器网络拓扑与多源数据映射算子 324
12.8.2 基于贝叶斯推断的模型状态概率更新 325
12.8.3 剩余寿命预测与可视化预警系统 325
12.9 本章小结 326
12.10 本章的核心价值 327
参考文献 327
第13章 疲劳荷载条件下CFRP板与混凝土之间的混合剥离行为 328
13.1 问题概述 328
13.2 有限元模型的建立 329
13.2.1 几何特征及加载形式 329
13.2.2 相互作用及约束 330
13.2.3 荷载及边界条件 332
13.3 材料属性 335
13.3.1 创建材料 335
13.3.2 创建截面 335
13.3.3 指派截面 335
13.4 定义分析步属性 337
13.5 定义输出选项 338
13.6 创建作业及调用子程序 339
13.7 结果分析 340
13.7.1 静载模型验证 340
13.7.2 疲劳模型验证 342
13.8 本章小结 345
13.9 本章的核心价值 345
参考文献 346
前言
第Ⅰ篇 基础理论
第1章 概述 3
1.1 FRP-混凝土界面的组成与基本特征 3
1.2 界面破坏及黏结-滑移关系 5
1.2.1 混凝土基体黏聚破坏 6
1.2.2 胶黏剂层黏聚破坏 6
1.2.3 界面黏结破坏 7
1.2.4 FRP层间分离 8
1.2.5 混合模式破坏 8
1.2.6 黏结-滑移本构关系及其力学意义 9
1.3 环境作用与耐久性 10
1.3.1 湿度作用 10
1.3.2 温度作用 11
1.3.3 湿热耦合作用 11
1.3.4 碱性与化学环境 12
1.3.5 长期荷载与力学老化 12
1.4 本章小结 12
第2章 FRP-混凝土界面本构模型 14
2.1 静载条件下FRP-混凝土界面的黏结-滑移模型 14
2.1.1 单一(纯切向)加载模式下的黏结-滑移模型 14
2.1.2 混合加载模式下的黏结-滑移模型 19
2.1.3 Zhang本构模型 22
2.1.4 考虑界面摩擦的FRP-混凝土界面模型 27
2.2 疲劳荷载条件下FRP-混凝土界面的黏结-滑移模型 32
2.2.1 单一加载模式下的黏结-滑移模型 32
2.2.2 混合加载模式下的黏结-滑移模型 36
2.3 本章小结 41
2.4 本章的核心价值 42
参考文献 42
第3章 钢筋混凝土本构模型 44
3.1 混凝土潜在断裂面的混合模式本构模型 44
3.1.1 模型基本原理 45
3.1.2 界面开裂条件 46
3.1.3 界面闭合条件 48
3.1.4 数值实现与参数标定建议 49
3.2 钢筋-混凝土界面的混合模式本构模型 49
3.2.1 异形钢筋 50
3.2.2 光圆钢筋 53
3.3 本章小结 54
3.4 本章的核心价值 55
参考文献 55
第4章 内聚力模型的理论演进与界面参数智能反演 56
4.1 内聚力模型发展历程 56
4.2 内聚力单元的基本原理 59
4.2.1 内聚力单元的类型 59
4.2.2 单元组成 60
4.3 基于多源信息融合的界面本构参数反演识别 63
4.3.1 反问题的数学适定性与正则化目标泛函 63
4.3.2 代理模型辅助的全局优化策略 63
4.4 本章小结 64
4.5 本章的核心价值 65
参考文献 65
第Ⅱ篇 分析方法
第5章 有限元实现 71
5.1 有限元分析法 71
5.2 商用有限元软件ABAQUS简介 73
5.2.1 前处理平台——ABAQUS/CAE 74
5.2.2 后处理平台——ABAQUS/Viewer 75
5.2.3 隐式求解模块——ABAQUS/Standard 75
5.2.4 显式求解模块——ABAQUS/Explicit 76
5.2.5 INP文件的基本结构 76
5.2.6 INP文件的语法规则与书写规则 78
5.3 二维有限元模型建立 80
5.3.1 二维内聚力模型生成方法 81
5.3.2 混凝土细观模型内聚力单元生成程序 83
5.3.3 混凝土及潜在断裂面的建模 92
5.3.4 钢筋-混凝土复合模型建模程序 105
5.3.5 钢筋混凝土建模 113
5.3.6 FRP-混凝土界面建模程序 125
5.3.7 FRP材料建模 134
5.4 三维有限元模型建立 140
5.4.1 三维内聚力模型生成方法 141
5.4.2 三维混凝土细观模型内聚力单元生成算法 142
5.4.3 钢筋混凝土建模 162
5.4.4 FRP-混凝土界面内聚力单元生成算法 169
5.4.5 FRP-混凝土界面建模 175
5.5 本章小结 179
5.6 本章的核心价值 180
第6章 基于VUMAT的FRP-混凝土子程序设计 181
6.1 用户子程序概述 181
6.1.1 用户子程序简介 181
6.1.2 编写用户子程序基本语法 181
6.2 VUMAT用户子程序简介 182
6.3 二维FRP-混凝土界面本构模型 183
6.3.1 子程序接口与模型参数初始化 184
6.3.2 应变更新及应力计算子程序的设计 185
6.3.3 主循环与界面应力计算 187
6.4 三维FRP-混凝土界面本构模型 191
6.4.1 子程序接口与模型参数初始化 191
6.4.2 主循环与拉压行为分离 193
6.5 本章小结 197
6.6 本章的核心价值 198
第7章 基于UINTER的FRP-混凝土子程序设计 199
7.1 UINTER用户子程序简介 199
7.2 子程序接口声明与变量定义 199
7.2.1 子程序接口声明 199
7.2.2 变量类型与声明 200
7.2.3 用户定义材料属性的读取与赋值 200
7.3 模型参数计算 201
7.3.1 相关参数计算 201
7.3.2 中间变量的计算 202
7.3.3 雅可比矩阵导数计算 204
7.4 应力与刚度矩阵更新 206
7.4.1 法向受拉 206
7.4.2 法向受压 209
7.5 适用于疲劳加载条件的子程序设计 210
7.6 本章小结 220
7.7 本章的核心价值 222
参考文献 222
第8章 二维钢筋混凝土本构模型子程序设计 223
8.1 二维混凝土潜在断裂面本构模型子程序 223
8.1.1 概述与模型理论基础 223
8.1.2 VUMAT接口与数据 223
8.1.3 总应变更新 225
8.1.4 损伤判别 226
8.1.5 损伤因子计算以及失效的判断 228
8.1.6 应力更新 231
8.2 二维钢筋-混凝土界面本构模型子程序 234
8.2.1 概述与模型理论基础 234
8.2.2 VUMAT接口与数据 234
8.2.3 应力更新 235
8.3 面向实时仿真的物理信息神经网络本构替代技术 238
8.3.1 基于VUMAT的全域高保真数据生成 238
8.3.2 嵌入热力学一致性的损失函数架构 238
8.3.3 异构计算架构下的工程部署 239
8.4 本章小结 239
8.5 本章的核心价值 240
第9章 三维钢筋-混凝土界面本构模型子程序设计 241
9.1 概述与模型理论基础 241
9.2 VUMAT接口与数据 241
9.3 总应变更新 242
9.4 损伤判别 243
9.5 损伤因子计算以及失效的判断 246
9.6 混凝土潜在断裂面的应力更新 248
9.7 钢筋-混凝土界面的应力计算及更新 252
9.8 本章小结 256
9.9 本章的核心价值 257
第Ⅲ篇 分析实例
第10章 FRP加固钢筋混凝土梁弯曲斜裂缝致脱黏 261
10.1 问题概述 261
10.2 有限元模型的建立 262
10.2.1 几何特征及加载形式 262
10.2.2 相互作用及约束 263
10.2.3 荷载及边界条件 264
10.3 材料属性 267
10.3.1 创建材料 267
10.3.2 创建截面 268
10.3.3 指派截面 270
10.4 定义分析步属性 272
10.5 定义输出选项 274
10.6 创建作业及调用子程序 277
10.7 结果分析 279
10.7.1 模型验证 279
10.7.2 模拟结果分析：FRP-混凝土界面本构模型的影响 282
10.8 本章小结 283
10.9 本章的核心价值 284
参考文献 284
第11章 FRP-混凝土界面混合模式脱黏 285
11.1 问题概述 285
11.2 有限元模型的建立 285
11.2.1 几何特征及加载形式 285
11.2.2 相互作用及约束 286
11.2.3 荷载及边界条件 287
11.3 材料属性 289
11.3.1 创建材料 289
11.3.2 创建截面 290
11.3.3 指派截面 290
11.4 定义分析步属性 291
11.5 定义输出选项 293
11.6 创建作业及调用子程序 294
11.7 结果分析 295
11.7.1 模型验证 295
11.7.2 参数分析 298
11.8 本章小结 300
11.9 本章的核心价值 301
参考文献 302
第12章 玄武岩纤维复合材料抗剪加固钢筋混凝土梁的计算分析 303
12.1 问题概述 303
12.2 有限元模型的建立 303
12.2.1 几何特征及加载形式 303
12.2.2 相互作用及约束 305
12.2.3 荷载及边界条件 307
12.3 材料属性 309
12.3.1 创建材料 309
12.3.2 创建截面 309
12.3.3 指派截面 309
12.4 定义分析步属性 311
12.5 定义输出选项 312
12.6 创建作业及调用子程序 313
12.7 结果分析 315
12.7.1 模型验证 315
12.7.2 模拟结果分析 318
12.8 面向全寿命周期的BFRP加固结构数字孪生演化 324
12.8.1 虚拟传感器网络拓扑与多源数据映射算子 324
12.8.2 基于贝叶斯推断的模型状态概率更新 325
12.8.3 剩余寿命预测与可视化预警系统 325
12.9 本章小结 326
12.10 本章的核心价值 327
参考文献 327
第13章 疲劳荷载条件下CFRP板与混凝土之间的混合剥离行为 328
13.1 问题概述 328
13.2 有限元模型的建立 329
13.2.1 几何特征及加载形式 329
13.2.2 相互作用及约束 330
13.2.3 荷载及边界条件 332
13.3 材料属性 335
13.3.1 创建材料 335
13.3.2 创建截面 335
13.3.3 指派截面 335
13.4 定义分析步属性 337
13.5 定义输出选项 338
13.6 创建作业及调用子程序 339
13.7 结果分析 340
13.7.1 静载模型验证 340
13.7.2 疲劳模型验证 342
13.8 本章小结 345
13.9 本章的核心价值 345
参考文献 346
