偏三点弯曲岩石试件中裂纹扩展过程的数值模拟

运用RFPA2D数值模拟方法,对偏三点弯曲岩石试样中裂纹的扩展路径进行了数值模拟·数值模拟结果表明:在加载过程中裂纹有失稳扩展过程;当预裂纹远离试件中心线时,裂纹的初裂纹角θc和峰值荷载增加,裂纹的失稳过程也更加明显·裂纹的扩展路径总体上遵循一定的规律,但由于岩石材料性质的非均匀性,局部的裂纹扩展呈现出曲折性·数值模拟结果与试验结果具有较好的一致性     

钢筋混凝土结构破裂过程的数值模拟

用材料破裂过程分析系统MFPA2D对钢筋混凝土桥墩在偏心加载条件下裂纹的形成和扩展进行数值模拟·计算机模拟给出了试件的载荷加载步曲线和混凝土试件破坏过程的应力分布图及弹性模量图·最后,对试件的破坏过程进行了分析,研究表明,拉应力是裂纹扩展的动力,钢筋增强了混凝土的强度·模拟结果与实验结果很吻合·为钢筋混凝土构件的设计提供了一种新的理论方法和数值分析工具·     

基于塑性损伤模型的三点弯曲梁裂缝扩展规律研究

为研究冲击荷载作用三点弯曲梁动态破坏规律,采用塑性损伤模型,运用拉格朗日算法模拟了含偏置裂纹三点弯曲梁在冲击荷载作用下的动态破坏过程,通过与已有研究结果比较验证了该模拟方法的准确性。研究结果表明:横向偏置裂纹位置对裂纹扩展倾角和破坏总时长均有影响,裂纹扩展倾角、试件破坏总时长随着横向偏置裂纹与加载点间距离的增加而先增大后减小;横向偏置裂纹宽度对裂纹扩展倾角有影响,对试件破坏总时长无影响,偏置裂纹宽度越大,裂纹扩展倾角也越大;纵向偏置裂纹长度对裂缝扩展没有影响;纵向偏置裂纹的位置对裂纹扩展倾角无影响,对试件破坏总时长有影响,当纵向偏置裂纹与加载点间距离的增大时,破坏总时长也增大;偏置裂纹高度对裂纹扩展路径有影响,当偏置裂纹高度增加时裂纹扩展倾角减小;弹性模量取值对裂纹扩展路径无影响但对破坏时长有影响,总时长随着弹性模量的增大而增大。     

基于RPIM的混凝土“拉-压”组合破坏模型

为了避免传统裂缝扩展模型中断裂韧度KIC的尺寸效应和定步长方法对模拟裂纹扩展过程的影响,针对混凝土宏观裂缝的应变尺度,提出"最大周向拉应变"裂纹扩展判据.结合混凝土的压碎破坏准则,建立混凝土"拉-压"组合破坏模型,并对三点弯曲简支粱的破坏过程进行模拟.     

基于颗粒流法研究混凝土的劈裂拉伸破坏特性

基于二维颗粒流程序,构建了包含水泥砂浆、不规则多边形骨料和水泥砂浆与骨料的交界面的二维混凝土细观模型,采用标定后的平节理模型参数,对混凝土破坏的裂纹演化和破坏机理进行研究. 模拟结果表明:宏观破坏的细观机制是水泥砂浆、骨料以及交界面内的裂纹扩展和演化造成的;随机骨料的分布会对混凝土的峰值应力和破坏模式有一定的影响;巴西圆盘试件内的裂纹起始于加载端,随着载荷增加裂纹向中心扩展,混凝土试件呈现出劈裂拉伸破坏的模式;随着加载速度的提高,沿加载方向上的主裂纹及其他次生裂纹相互作用,使混凝土试件出现大量的碎块;裂纹统计结果显示,在细观层次上,拉伸型裂纹主导了混凝土试件的劈裂破坏,少量的剪切型裂纹主要集中在试件加载端的骨料附近.      

岩石单轴压缩下破坏失稳过程SEM即时研究

通过在扫描电镜下进行单轴加载实验,即时观察分析岩石受力过程中微裂纹的萌生、扩展和贯通破坏的全过程,得到各试样的应力 应变曲线及其所对应的微结构变化的电镜照片·实验结果表明,岩石试件的变形与破坏过程可以分为裂纹压密、微裂纹萌生和扩展以及断裂破坏３个阶段;微裂缝首先在预裂缝周围的拉应力集中区产生,随着外载荷的增加不断扩展,最后形成与最大主应力方向平行的宏观断裂带·     

粗骨料/浆体界面性能对混凝土力学性能影响的数值模拟

为了研究粗骨料/浆体界面过渡区对混凝土力学性能的影响,利用随机骨料模型生成二维混凝土数值试件,采用基于内聚力损伤的界面本构关系对混凝土数值试件进行了单轴受压和三点弯曲断裂细观数值模拟,分析了粗骨料与硬化水泥浆体界面粘结强度对混凝土力学性能的影响。研究结果表明:当非均质因子小于0.7时,界面粘结强度对混凝土的抗压强度和弹性模量影响很小,而当非均质因子大于0.7时,抗压强度和弹性模量快速增长;非均质因子与混凝土的断裂能呈线性增长关系;混凝土断裂破坏过程中断裂裂纹绕过骨料沿着界面曲折性扩展。     

混凝土数值研究中裂缝模拟的新方法

混凝土是土木工程中重要的材料,其破坏过程是微裂纹萌生、扩展、贯通的过程。扩展有限元法(XFEM)是近年来发展起来的分析断裂问题的一种有效方法。本文介绍了扩展有限元法的基本原理,给出了扩展有限元进行混凝土开裂及裂纹扩展的分析方法,并采用扩展有限元法模拟了混凝土试件开裂扩展过程及破坏形态,数值模拟结果与实验现象相符。研究结果表明:扩展有限元法能有效地模拟混凝土材料断裂破坏过程。     

不同厚度三点弯曲梁的裂纹扩展动态焦散实验

采用动态焦散线实验方法,对冲击作用下不同厚度的三点弯曲梁进行了研究,分析了厚度对其动态断裂过程的影响.结果表明:不同厚度三点弯曲梁在动态冲击实验中,预制裂纹起裂时间和扩展时间受到试件厚度的影响.厚度越大,起裂越慢,扩展时间越长;试件起裂后,不同厚度下裂尖的扩展速度和动态应力强度因子值随时间的变化曲线均呈现先快速上升后波动下降的趋势;裂尖扩展速度和动态应力强度因子的峰值随着厚度的增大呈现先上升后下降的趋势;厚度影响了反射应力波对裂纹扩展的抑制作用.     

基于相场法的砂浆裂纹相互作用失效分析

提出一种新的基于相场法的砂浆断裂力学分析方法，对裂纹相互作用导致的砂浆试件失效行为进行模拟分析。采用非保守Allen-Cahn方程作为控制方程，借助COMSOL有限元分析软件，将线弹性力场和相场整合为统一的有限元模型，对砂浆中裂纹发展和相互作用进行模拟分析。通过砂浆三点弯曲试验和直拉试验，测试砂浆裂纹扩展过程。模拟结果与试验结果的对比分析表明，砂浆试件裂纹相互作用临界荷载的模拟计算结果与试验结果非常吻合。研究结果表明，域型试件断裂破坏会产生更长的裂缝路径。     

45号钢承载能力的原位三点弯曲试验研究

利用自行研制的原位三点弯曲测试装置,研究了45号钢V型缺口试件在不同支撑跨距下和弯曲压头与试件中心线偏移量下的承载能力.首先,从理论上分析了三点弯曲的载荷-挠度曲线与偏移量、跨距的关系.然后,通过仿真模拟的von Mises应力最小塑性区半径估算了裂纹的萌生方向.最后,通过12组V型缺口试件的原位三点弯曲试验,获得并分析了不同跨距和偏移量下的三点弯曲载荷-挠度曲线,以及实时采集了弯曲载荷作用下裂纹的扩展情况.通过原位观测的方式建立了宏观力学性能与微观力学性能的联系.从材料损伤机理的角度分析了材料在不同的三点弯曲试验参数下承载能力的差异.     

沥青混凝土弯曲疲劳试验疲劳损伤分析

针对现有沥青混合料疲劳损伤试验时直接依据刚度或模量计算损伤值而无法真实反映材料微观损伤特性的不足,提出应用反分析方法以得到沥青混凝土的疲劳损伤演化规律。其步骤是：根据沥青混凝土疲劳损伤模型,得到三点弯曲梁试件疲劳损伤力学理论经典解;根据疲劳试验数据确定沥青混凝土材料疲劳损伤模型中的特征参数。应用非线性有限元方法,模拟计算并分析试件疲劳损伤过程中的弯拉应力、挠度、损伤变量、裂纹扩展速率等的变化规律,并预测沥青混凝土试件疲劳寿命及失稳断裂时的裂纹长度。研究结果表明：疲劳寿命的数值模拟结果与试验结果较吻合,证明了所提出的沥青混凝土疲劳损伤模型的合理性和有效性。     

环氧沥青混凝土裂纹发展的三维可视化离散元模拟

为了在三维尺度下描述环氧沥青混凝土的裂纹发展行为,运用离散元程序PFC3D内置"Fish"语言,重构了环氧沥青混凝土非均质(集料、砂浆和空隙)多层次(矿料级配)结构三维虚拟试件,对虚拟试件微观组成成分之间的接触赋予了相应的微观接触模型,采用离散元方法实施了单边切口小梁虚拟三点弯曲试验,追踪并演示了微观裂纹的衍生发展全过程,并与室内数字摄像法捕捉的试件表面裂纹发展进行对比.研究结果表明:虚拟试验得到的宏观断裂力学响应与室内试验结果的吻合度较好,且虚拟试验结果的稳定性更优;三维离散元方法可以较好地模拟环氧沥青混凝土弯曲断裂过程中裂纹起裂与扩展行为,弥补了二维方法部分缺陷;基于离散元程序的追踪裂纹三维发展的模拟方法,可以作为研究沥青混凝土材料断裂特征的辅助手段.     

混凝土冲击拉伸力学性能及裂纹扩展试验研究和数值模拟

为真实反映混凝土材料劈裂拉伸力学性能,基于应变片法采用分离式霍普金森压杆对混凝土平台巴西圆盘试件进行了劈裂拉伸试验,研究了不同加载角对试件起裂方式及破坏模式的影响,并对试件破坏过程进行了扩展有限元模拟,同时与试验结果进行了对比分析,得到用于测试混凝土拉伸力学性能的最优加载角.基于此得到动态劈拉下3种不同强度混凝土的劈裂拉伸应力-径向应变曲线及抗拉强度、极限应变、拉伸敏感系数等参数的应变率效应.结果表明:20°加载角可以保证圆盘在中心起裂,用于测试混凝土劈裂拉伸性能最为可靠.在高应变率下,混凝土动态力学参数均具有明显的应变率效应,裂纹沿试件受力方向扩展、贯通直至试件沿加载直径方向劈裂为两半,破坏面表现为骨料破坏,与数值模拟结果一致.     

基于内聚力模型的沥青混凝土低温断裂模拟

为模拟沥青混凝土的低温断裂行为,合理选择了内聚力本构模型;在获取了小梁试件数字图像的基础上,结合ABAQUS有限元软件建立了二维细观断裂模型,验证了模型的正确性和适用性。结果表明:本文建立的二维细观断裂模型能够很好的反映实际三点弯曲试验的能量消耗—位移响应;沥青混凝土断裂过程可分为试件损伤、裂缝产生、裂缝扩展和试件破坏等四个阶段。     

基于相场法的岩石三点弯曲细观破坏数值模拟

岩石中裂纹的起裂、扩展和贯通等行为是研究岩石变形、强度及稳定性的关键力学问题,通过数值方法预测和分析裂纹扩展行为具有重要意义。相场法在严谨准确的理论框架内,克服了传统断裂力学理论及数值计算方法显式追踪裂纹面的挑战,能很好地模拟裂纹起裂、扩展、分叉和多裂纹相互贯通。本文通过裂纹扩展主要区域建立了能够反映岩石内部细观结构的多尺度模型,利用相场法从细观力学尺度预测和分析了岩石三点弯曲时内部裂纹的起裂、扩展和贯通的破坏过程,分析了矿物颗粒的位置分布和能量释放率等参数对裂纹扩展行为的影响规律。通过与室内岩石三点弯曲宏观和细观试验对比分析,结果表明,相场法能够很好地模拟和预测具有复杂细观结构的岩石内裂纹的萌生、扩展和贯通的破坏过程。     

用界面元分析层状陶瓷的三点弯曲断裂性能

采用无厚度界面单元对层状陶瓷的断裂性能进行了数值研究．在三点弯曲断裂试验中,可以观察到层状陶瓷裂纹扩展同时具有贯穿裂纹和层间裂纹两种形式．在本的有限元计算中,对两种不同形式的裂纹扩展采用了不同的计算方法．对于纵向扩展的贯穿裂纹,采用最大拉应力破坏准则,而对于横向的层间裂纹扩展,则用无厚度的界面单元的破坏进行模拟．对层状陶瓷试件的层数与断裂性能关系的计算可以得到以下结论：随着层状陶瓷的层数的增加,其断裂性能逐步提高,但是增幅逐渐减少,到20层左右时,再增加层状陶瓷的层数,对提高断裂性能并无太大的帮助．     

含异侧偏置裂纹试件的冲击断裂试验

利用新型数字激光动态焦散线试验系统,分析了含异侧偏置裂纹有机玻璃(PMMA)试件破坏的时程特性和裂纹尖端扩展过程中的应力奇异性变化。得出该加载条件下试件的断裂韧度约为1.16 MN/m_3/2,异侧偏置裂纹间距对试件冲击断裂韧度没有明显影响。一定范围内,异侧偏置裂纹间距越大,裂纹扩展的对称性越明显。贯穿主裂纹的扩展路径上存在一个明显的应力变化转折点,此处裂纹尖端的应力集中程度加强,试件由以拉伸破坏为主过渡为拉伸、剪切复合破坏。次裂纹尖端发生明显应力释放的同时,主裂纹尖端的应力集中明显加强。裂纹扩展过程中,裂纹尖端的动态应力强度因子表现出明显的震荡变化,主裂纹相对于次裂纹裂尖奇异性更强。     

基于内聚力模型的钢筋混凝土梁断裂模拟

针对钢筋混凝土梁裂纹扩展问题,本文介绍了一种内聚力模型的方法来模拟钢筋混凝土梁在静态条件下的断裂行为。利用Python开发的计算机程序,通过在有限元模型中插入内聚力单元,并分别对三点弯曲素混凝土梁的Ι型断裂失效模式和L型混凝土板混合断裂失效模式进行模拟,验证了内聚力模型在素混凝土结构中的适用性。在此基础上展开对四点弯曲的钢筋混凝土梁断裂过程模拟,通过分析钢筋混凝土梁的裂纹扩展过程和荷载—挠度曲线,并与文献中的试验结果进行比对,计算结果与试验结果吻合较好。可见该方法适合于钢筋混凝土梁的断裂失效模拟。     

混凝土单轴压缩破坏过程的三维细观数值模拟

从细观力学的角度出发,将混凝土视为由骨料、砂浆及二者之间的界面所组成的三相复合材料,利用蒙特卡罗方法,产生骨料在试件中的随机位置,建立了混凝土圆柱体试件三维数值模型。进行单元划分,对试件中骨料、砂浆和界面单元的材料号进行自动识别及赋值。通过三个计算方案研究了混凝土单轴压缩下的力学性能及破坏过程,模拟了混凝土材料从裂纹的萌生、扩展、贯通直到宏观裂纹产生导致破坏的过程。结果表明,该数值模型及计算方法能够较好地反映混凝土在单轴荷载作用下的力学特性。