目前,有限单元法在处理单层网格结构的强非线性、节点细部破坏等问题时,存在不易收敛、需要人工干预,依靠经验等缺点,往往难以得到令人满意的结果。鉴于此,本文采用离散单元法,基于PFC3D软件平台,提出了适用于连续介质的离散元模型,将其应用在单层网格结构整体失稳倒塌分析、节点连接破坏等问题的数值模拟上,以充分发挥离散单元法的优势,扩宽其在工程领域的应用范围。主要内容和结论如下:基于PFC3D中的平行粘结接触,提出了适用于杆系结构的单排规则排列离散元模型─“等效梁单元”。采用简单梁理论,推导了单元间接触弹簧刚度,使其适用的截面形式不再局限于圆形截面,而是任意截面形式。利用“等效梁单元”建立了单层网格结构离散元模型,准确地模拟了结构弹性失稳全过程,并且能够跟踪到结构的杆件失稳、局部失稳、整体失稳及多次失稳等细节。在立方排列(Cubic)离散实体元模型的基础上,进一步构建了体心立方排列(BCC—Body Centered Cubic)和面心立方排列(FCC—Face Centered Cubic)三维离散实体元模型。基于适用于连续介质的三维离散实体单元法,以能量等效为原则,建立了细观参数(接触弹簧刚度)和宏观弹性常数(弹性模量和泊松比)之间的关系式,使模型能够体现材料的泊松比效应。通过算例分析验证了Cubic模型和BCC模型模拟结构弹性阶段力学行为的适用性和准确性比FCC模型更高,其中Cubic模型更适用于实体结构,而BCC模型更适用于模拟薄壁结构。采用离散单元法的基本量表述了屈服准则、流动法则,确定了Cubic模型单元间弹塑性接触弹簧本构方程,并利用PFC3D中Fish语言编程,将结构的弹塑性分析设置为独立程序模块。通过算例分析验证了采用Cubic模型能够有效地模拟结构在弹塑性阶段塑性区域分布发展情况。基于PFC3D中平行粘结接触的杆系结构弹塑性方法,建立了由实际截面杆件组成的单层网格结构离散元模型,有效地模拟了单层网格结构弹塑性失稳过程以及杆件的塑性区域分布情况。基于PFC3D平台,建立了单层网格结构多尺度PFC3D离散元模型。创新之处在于:将节点以及杆件与节点的连接部分作为微观尺度模型采用立方排列离散实体单元模拟,结构的其余部分作为宏观尺度模型采用“等效梁单元”模拟;推导了多尺度界面单元间的接触弹簧刚度,解决了多尺度界面连接问题;给出了杆件多尺度单元截面的惯性矩等代方法。采用PFC3D中的墙加载法,有效地模拟了考虑节点连接破坏影响的单层网格结构的失稳过程,并且能够非常细致地描述节点连接的局部塑性破坏过程。