[发明专利]一种基于热膨胀系数的结构瞬态热应变模拟方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于热膨胀系数的结构瞬态热应变模拟方法和系统，方法包括：S1，确定结构受热情况并确定结构的多个典型截面，对每个典型截面进行结构的单元划分，基于受热情况和单元划分获得起始时刻结构截面的单元温度场分布和温度升高时间序列；S2，确定结构的热膨胀系数，并基于热膨胀系数获得起始时刻截面的单元热应变和热应力；S3，确定t时刻结构同一截面的温度场分布；S4，基于结构的热膨胀系数确定瞬态热应变对应的平均热膨胀系数，并基于t时刻结构同一截面的温度场分布及平均热膨胀系数确定t时刻结构同一截面的单元热应变和热应力；S5，遍历结构所有典型界面和温度升高时间序列，实施步骤S1‑S4，确定结构整体的热应变和热应变分布。

技术领域

本发明属于建筑施工技术领域，尤其涉及一种基于热膨胀系数的结构瞬态热应变模拟方法及系统。

背景技术

瞬态热应变是混凝土材料升温过程中出现的一种独有的变形，通过试验发现，预先受载的混凝土试件受热时出现了应变显著增加的现象，应变的增加大大超过了预期的徐变和由于混凝土高温弹性模量降低而增加的应变，称为瞬态热应变。尽管现有技术对瞬态热应变进行了许多试验研究和理论分析，但是对其机理至今还不是很清楚。有些认为混凝土在高温下水分的蒸发以及化学脱水引起的非弹性变形即瞬态热应变。有关高温下瞬态热应变的研究成果主要集中在单轴受压应力状态条件下，而对于多轴应力条件下的瞬时热应变的研究是没有的。此外，由于瞬态热应变与应变有关，其确定需要迭代计算，增加了计算的复杂性。下游技术推出通过修改材料的弹性系数的方法进行结构瞬态热应变模拟，通过线弹性材料的本构方程的计算和改写间接考虑结构瞬态热变形，其中采用了组合弹性瞬态热变形的方式，包含弹性变形和瞬态热变形，因此会给最终的模拟引入误差。

因此，上述的现有技术确实有待提出更佳解决方案的必要性。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于热膨胀系数的结构瞬态热应变模拟方法和系统，通过修改材料的热膨胀系数进行高精度的机构瞬态热应变模拟。

本发明一方面提供了一种基于热膨胀系数的结构瞬态热应变模拟方法，包括：

S1，确定结构的受热情况并确定所述结构的多个典型截面，对每个典型截面进行结构的单元划分，基于所述受热情况和单元划分获得起始时刻所述结构截面的单元温度场分布和温度升高时间序列；

S2，确定结构的热膨胀系数，并基于所述热膨胀系数获得起始时刻截面的单元热应变和热应力；

S3，确定t时刻所述结构同一截面的温度场分布；

S4，基于结构的热膨胀系数确定瞬态热应变对应的结构的平均热膨胀系数，并基于t时刻所述结构同一截面的温度场分布以及所述平均热膨胀系数确定t时刻所述结构同一截面的单元热应变和热应力；

S5，遍历结构的所有所述典型界面和所有的所述温度升高时间序列，分别实施所述步骤S1-S4，从而确定所述结构整体的热应变和热应变分布。

优选的，所述S1，确定结构的受热情况并确定所述结构的多个典型截面，对每个典型截面进行结构的单元划分，基于所述受热情况和单元划分获得起始时刻所述结构截面的单元温度场分布和温度升高时间序列包括：

S11，确定所述结构的受热情况为火灾或高温加热；

S12，确定所述结构的多个典型截面，并对每个典型截面进行结构的单元划分；

S13，基于所述受热情况和单元划分获得起始时刻所述结构截面的单元温度场分布和温度升高时间序列。

优选的，所述S2，确定结构的热膨胀系数，并基于所述热膨胀系数获得起始时刻截面的单元热应变和热应力包括：

S21，确定梁的热膨胀系数α；

S22，计算0时刻该截面i单元热应变ε_i0＝α×θ_i0；