混凝土三点弯曲试验的计算机模拟

根据混凝土试件三点弯曲试验的物理模型,用ＭＦＰＡ数值模拟系统对砂浆和混凝土三点弯曲试件中预裂纹的扩展直至试件宏观破裂的整个过程进行了模拟分析·计算机模拟给出了试件的载荷 加载步曲线和混凝土试件的破坏过程的应力分布图·最后,对试件的破坏过程进行了分析,认为裂纹尖端的拉应力是裂纹扩展的动力,指出了混凝土组成材料的非均匀性是造成裂纹扩展路径曲折性的重要原因·     

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·     

碳纤维掺量对单筋拉拔混凝土试件界面力学性能的影响

将单丝钢筋与混凝土的界面看作为独立的材料相,分别运用物理实验和数值模拟方法研究了单筋拉拔过程中碳纤维掺量对碳纤维增强混凝土(CFRC,Carbon Fiber Reinforced Concrete)试件粘结滑移性能的影响.物理实验表明,相比于普通混凝土,单筋在碳纤维增强混凝土基体中的拉拔粘结强度随着碳纤维掺量的增加而增强.数值模拟分析结果得到了材料试件的整体力学性能指标,再现构件的拔出破坏演化过程,表明它是一个细观损伤不断萌生、扩展、滑移并最终拔出破坏的渐进过程,单筋拔出损伤演化过程的声发射结果揭示了试件的失稳破裂机理.     

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。     

混凝土斜方体抗压有限元分析及试验研究

随着水泥混凝土的外加剂和掺合料不断发展,仅把传统的立方体抗压强度作为最重要的性能指标显得越来越不完整.本文引入一种斜方体试件作为混凝土强度试验的试件,提出＂斜方体抗压强度＂的概念,该强度考虑了压、拉弯、剪共同作用的复杂受力状态对混凝土强度的影响.有限元分析及试验结果均表明,混凝土斜方体试件受压后沿试件钝角对角线产生主要裂缝并破坏,其破坏机理与立方体试件不同.混凝土斜方体抗压强度反映了混凝土在复杂受力状态下的材料性能,可以作为评定混凝土性能的又一指标.     

短纤维增强脆性基复合材料破坏过程和力学性能研究

 研究短纤维增强脆性基复合材料在单轴拉伸荷载下的力学性能和破裂机理。采用基于细观损伤力学基础上开发的针对材料破坏过程的数值分析软件,考虑材料细观非均匀性,对复合材料的变形、损伤直至失稳破坏的全过程进行数值模拟。结果表明,加入短纤维后,材料试件的强度和韧性都比基体材料显著提高。短纤维强度的变化对复合材料试件的强度和刚度没有明显影响;而短纤维弹性模量的变化对复合材料试件的强度、刚度和韧性均影响明显,随着短纤维弹性模量的增加,复合材料试件的强度和刚度不断增加,但韧性却逐步降低。     

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.     

混凝土SHPB束杆试验的数值模拟

利用Ansys/Ls-dyna有限元软件对混凝土SHPB束杆试验进行了数值模拟研究.获得了砂浆混凝土的部分HJC本构模型参数,在此基础上模拟了试验过程中的应力波信号、试件的应力应变曲线和破坏形貌变化过程,模拟结果与实测结果有良好的吻合性.研究表明,获得的HJC模型参数是可信的,并分析了模拟冲击过程中试件内部应力、应变和破坏形貌的变化.     

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。     

钢管混凝土柱破坏过程的三维数值模拟

用材料破坏过程分析系统RFPA3D(realistic failure process analysis)对矩形钢管混凝土短柱在轴心受压条件下的受力、变形与内部裂缝萌生、扩展及最终破坏的全过程进行了数值模拟分析.数值模型中引入了统计分布函数,反映了混凝土的非均匀性影响,采用细观单元材料性质退化的方法,利用位移加载来实现钢管混凝土的逐渐破坏过程.讨论了极限承载力与钢管混凝土柱长度的关系及钢管混凝土截面面积对极限承载力的影响等问题.数值试验再现了试件的整个破坏过程.分析结果表明RFPA3D数值实验方法为钢管混凝土结构的研究提供了新的方法和途径.     

非均质混凝土细观数值模型及其在双边裂纹加载中的应用

基于混凝土细观层次的结构特征,通过Weibull随机分布函数引入材料的非均匀性,结合细观单元的弹塑性各向异性损伤模型,建立了非均质混凝土破坏过程的细观数值模型。然后运用所建立的细观数值模型,对双边裂纹非均质混凝土在双轴加载条件下的渐进破坏过程进行了数值试验,所得结果与Suaris的试验结果基本一致,从而验证了所建立的模型的合理性,为从细观层次研究混凝土的渐进破坏过程、揭示混凝土的破坏机理提供了一种新的数值试验手段。     

弹丸侵彻混凝土靶板破坏过程的近场动力学模拟

为了精确描述弹丸侵彻混凝土靶板的破坏过程及其演化规律,文中采用基于非局部相互作用思想与空间积分方程建模的键型近场动力学(peridynamics,PD)方法,改进了近场动力学本构力核函数,对弹丸侵彻下混凝土靶板的动态破坏过程进行仿真分析。模拟了弹丸侵彻下混凝土靶板破坏的全过程,探讨了不同冲击速度下混凝土靶板的破坏特征,较好地描述了其损伤累积和渐进破坏过程。     

基于数字图像相关技术的混凝土剪切破坏实验研究

剪切破坏是工程实际中混凝土破坏的主要形式之一,而对其进行全场非接触的观测和研究却仍面临着一些困难,因而结合数字图像相关技术(digital image correlation,DIC)对混凝土的直接剪切破坏问题开展实验研究。分别对旧混凝土、未凿毛新旧结合混凝土及凿毛新旧结合混凝土三种不同类型的试样进行剪切破坏时的对照实验,具体对破坏时的应力应变分布,破坏断面情况,破坏时强度大小等进行比较。实验中将混凝土边缘外表层切除,以展现出的内部纹理作为数字图像相关技术所需要的自然散斑场;采用高分辨率的数字相机对发生剪切变形的混凝土表面进行图像采集,再通过DIC技术进行后处理以获得剪切破坏过程中变形场的分布。实验结果表明在承受剪切载荷时,经过凿毛处理的新旧结合混凝土粘合面的应变范围、应变分布复杂程度、应变数值均大于未凿毛处理试件,因而确定凿毛新旧结合混凝土试件的抗剪强度大于未凿毛新旧结合混凝土试件;研究结果同时验证了DIC技术在混凝土剪切破坏测试中的有效性和可靠性,即DIC技术可以更直观和全面地获得混凝土剪切应变分布情况,适用于混凝土结构剪切破坏的监测。     

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.      

碳纤维增强复合材料编织网混凝土梁试验研究

将碳纤维增强复合材料（CFRP）编织成正交网格,并经环氧树脂胶固化形成受力骨架,代替钢筋混凝土梁中的钢筋,以解决普通钢筋混凝土中钢筋易锈蚀的问题。通过对3根不同配筋率的CFRP编织网混凝土梁的弯曲性能试验,观察在各级荷载作用下构件的应变变化、挠度发展、破坏过程及破坏特征,对其受弯承载力及抗弯刚度等弯曲性能进行分析。试验结果表明：CFRP编织网与混凝土有良好的粘结性能,二者协同受力性能良好;破坏前,试件有明显的塑性变形,有明显的破坏预兆,延性性能较好;随着配筋率的提升,构件承载能力、抗弯刚度较大幅度提升。试件破坏时,CFRP编织网纵向受力筋均未达到其抗拉强度,故在以后的试验中可对编织网的纵向受力筋施加一定的预应力,以提高CFRP编织网的利用率。     

碳纤维布抗弯加固钢筋混凝土梁的耐火性能试验研究

通过一根未加固钢筋混凝土梁,以及五根碳纤维布抗弯加固钢筋混凝土梁的三面受火试验,探讨不同厚度的厚涂型防火涂料、不同荷载比、不同碳纤维布加固量等因素对碳纤维布抗弯加固钢筋混凝土梁耐火性能的影响。结果表明：高温下该类构件的破坏形态大致可分为受弯破坏和弯剪破坏两类,常温下发生弯曲破坏的加固构件有可能在高温下出现破坏形态的转变;虽然加固构件所承受的荷载明显大于未加固构件,前者由于防火涂料的保护,其耐火极限仍大于后者。只要科学合理地设置防火保护层,碳纤维布抗弯加固钢筋混凝土梁的耐火性能完全能够满足实际工程需要。     

模拟混凝土断裂过程的影响因子矩阵法

基于对混凝土内部各结构层次破坏机制特征的分析,首先建立了混凝土断裂过程模型,在此基础上提出了影响因子矩阵法,并用它模拟了试件尺寸对混凝土断裂行为的影响。     

方钢管约束混凝土桥墩拟静力试验

为研究不同约束形式及混凝土墩身与承台间的连接构造对桥墩试件的抗震性能和各项指标的影响规律，设计1根采用混合接头连接的装配式方钢管约束混凝土桥墩试件（SYP-GT4试件）、1根方钢管约束的整体现浇混凝土桥墩试件（SYZ试件）和1根方形截面的整体现浇混凝土桥墩试件（SFZ试件）。在桥墩墩帽处采用位移加载方式完成构件的拟静力试验，观察试件的破坏过程以及破坏模式，分析了桥墩的破坏形态、荷载-位移滞回曲线、荷载-位移骨架曲线、延性、耗能等特征参数。结果表明，3根混凝土桥墩试件的破坏形态基本一致，二者均为整体压弯破坏模式。SYZ试件与SFZ试件相比，水平峰值荷载提高了46.5%，滞回耗能能力更优，均有很好的延性性能，表明方钢管约束的整体式桥墩抗震性能优于现浇混凝土桥墩；SYP-GT4试件与SYZ试件相比，水平峰值荷载数值相接近，位移延性系数提高了24.1%，残余位移小，变形恢复能力较优，滞回曲线呈现更饱满的梭形，无明显捏缩，连接构造对强度和刚度退化的影响较小，两者抗震性能接近。