混凝土随机骨料模型的建模及尺寸效应

在现有的混凝土二维随机多边形骨料生成方法的基础上,引入了一种新的生成方法,能在任意混凝土截面上生成任意面积百分比的骨料,其在Matlab中实现。并把生成的骨料模型导入有限元软件ABAQUS内进行数值模拟。最后应用本模型验证混凝土强度的尺寸效应。通过模拟表明,此方法简单,并能够与三维建模建立一定的联系。     

层状岩体压缩强度尺寸效应的数值分析

采用FLAC3D建立层状岩体计算模型,分析相同长径比和不同长径比情况下层状岩体的尺寸效应机理,发现:1)对于相同长径比情况下,增加岩样直径或者高度均会导致层状岩体的压缩强度呈现非线性下降;2)不同倾角情况下,随着长径比H/D的增大,层状岩体的压缩强度表现出较为不一致的规律,岩体的强度并不是简单地取决于长径比这个变量,而是受到试样高和直径之间某个函数的影响。     

混凝土强度尺寸效应的细观数值分析

首先使用混凝土细观模型对轴向拉伸试件进行了数值分析,然后,在1∶8的尺寸范围内对轴向拉伸试件的强度尺寸效应进行了比较分析.分析表明,试件的强度随试件尺寸的增大而减小.Bazant尺寸效应律和Carpinteri尺寸效应律都能较好地模拟混凝土材料的尺寸效应,对于抗拉强度的尺寸效应现象,Carpinteri多重分形尺寸效应律更为确切些.     

高性能混凝土强度尺寸效应的数值模拟

高性能混凝土相比普通混凝土,其粘结界面得到了增强,使其在力学性质上有了变化。基于这个基本认识,利用混凝土细观模型进行了数值模拟,分析了其强度尺寸效应。结果表明,随着粘结界面强度的增加,混凝土强度增加,但强度尺寸效应减弱。     

混凝土弯曲拉伸力学性能及尺寸效应细观数值研究

为反应骨料颗粒细观组分对混凝土弯曲拉伸宏观力学行为的影响,建立混凝土随机骨料细观尺度力学模型,细观组分材料采用塑性损伤和线弹性本构关系,开展混凝土弯曲拉伸细观尺度数值模拟,探讨骨料颗粒的影响机理,并与混凝土弯曲拉伸试验进行对比。研究显示：（1）混凝土细观数值模型能较好地模拟混凝土在弯曲拉伸荷载下的宏观力学行为。（2）弯曲拉伸损伤从模型底部薄弱的界面过渡区形成,并向砂浆基质延伸。骨料粒径越大,损伤路径相对越曲折。（3）随着骨料粒径的减小,混凝土弯曲抗拉强度略有提高,尺寸效应现象更为显著。     

混凝土断裂韧度的尺寸效应

本文采用最大尺寸为2500mm×600mm×600mm共计33根三点弯曲切口梁进行了断裂试验,分别研究了试件体积、高度、厚度、跨度对断裂韧度的影响规律。试验结果表明,断裂韧度随试件体积的增大而增大;分别对各个尺寸因素而言,断裂韧度与试件厚度无关,随试件跨度的增大而有减少的趋势。随试件高度的增大而显著增加。     

混凝土损伤演化的随机力学参数细观数值影响分析

在提出一种交叠骨料微步长迭代自动调整算法的基础上,采用任意凹凸型骨料配置算法建立混凝土细观数值试件。基于细观单元的弹性损伤本构关系,采用位移控制模式,着重针对两类常用的力学参数随机分布——Weibull及对数正态分布,进行了不同力学参数的常规混凝土拉压数值模型破坏试验,分析了主要力学参数的随机分布对混凝土试件宏观表征力学性质的影响。该研究可为混凝土细观数值模型中力学参数的合理确定提供依据。     

混凝土断裂断GF的尺寸效应

断裂能ＧＦ是基于虚拟裂缝模型并考虑了混凝土软化特性的断裂参数，这个参数在混凝土的非线性开裂计算中是必不可少的。本采用楔入劈拉法研究了试件高度对混凝土断裂能的影响。研究结果表明，ＧＦ在一定范围内存在尺寸效应。然而当试件高度ｈ〉５００ｃｍ时，基本上无尺寸效应，这一结论对大体积混凝土结构的非线性开裂计算有着重要的意义。     

单轴拉压状态下混凝土破坏的细观数值演化分析

在提出可同时满足级配曲线及指定骨料填充率的任意凹凸形骨料配置算法的基础上,建立了混凝土试件的细观随机骨料模型,并建立了空间应力环境下细观单元的弹性损伤本构关系;分别就工程中常采用的两种不同的混凝土强度,研究了混凝土试件的细观损伤演化过程及细观单元力学参数取值对混凝土试件宏观表征强度的影响。数值算例验证了模型的有效性,并揭示出混凝土试件破坏主要是由细观单元的拉伸损伤积累所导致的。     

混凝土断裂韧度的尺寸效应研究

本文采用最大尺寸为７０ｃｍ×７０ｃｍ×２０ｃｍ的楔入劈拉试件进行了断裂试验，研究试件高度对混凝上断裂韧度的影响规律。采用电阻应变片并结合计算机数据采集系统测得了混凝土试件裂缝的起裂、稳定扩展和失稳破坏的全过程，利用测得的裂缝亚临界扩展量△ａ＿ｃ对混凝土断裂韧度进行了修正。     

普通混凝土和轻骨料混凝土强度尺寸效应的对比研究

介绍了3组普通混凝土和轻骨料混凝土立方体试件的抗压强度试验,进一步验证了普通混凝土尺寸效应的规律,初步得出了轻骨料混凝土的尺寸效应规律。     

混凝土单轴受压性能尺寸效应的试验研究

采用刚性辅助架法获得混凝土棱柱体试件的单轴受压应力-应变全曲线。通过对试验结果进行回归分析,得到不同强度等级、不同尺寸试件单轴受压性能之间的关系。对混凝土棱柱体试件单轴受压性能的尺寸效应进行系统研究,重点分析混凝土强度等级对混凝土棱柱体受压的峰值应力、应变、极限应变及弹性模量等尺寸效应的影响,并对这些力学性能参数的尺寸效应系数提出建议。     

基于细观损伤的混凝土破裂过程的三维数值模拟

在细观力学基础上将损伤力学和计算力学相结合来分析混凝土试件的变形、损伤和破坏过程。把混凝土简化成由骨料、砂浆及其二者之间的界面层所组成的三相复合材料,在已建立的混凝土骨料随机分布三维模型基础上用界面单元多次细分技术进行有限元网格划分,基于弹性损伤本构关系采用双折线损伤演化模型描述混凝土细观各相弹性损伤退化,用弹性模量的折减程度来反映混凝土试件在加载过程中的损伤程度。对混凝土圆柱体试件进行了数值模拟计算。进而通过损伤对混凝土材料裂纹的扩展、贯通以及最后破坏的过程进行研究。     

加载条件对不同尺寸岩石单轴压缩破裂过程的 影响研究

 针对岩石单轴压缩试验中存在的加载条件敏感性的问题,采用自行开发的二维弹塑性细胞自动机模拟系统EPCA2D,对不同尺寸的非均质岩石试样进行单轴压缩破裂过程模拟,研究不同的加载条件对岩石宏观变形行为和破裂模式的影响。结果表明,均质性相同的岩石试样在单轴压缩破裂过程中所表现的尺寸效应和形状效应现象与岩石本身的非均质性关系不大,加载垫板与试样之间力学性质的差异是造成岩样单轴压缩破裂过程尺寸效应和形状效应的根本原因,模拟结果再现了典型的试验现象。通过研究加载垫板与试样端部之间不同的摩擦情况,结果表明,即使试样端部存在较小的摩擦,仍然会造成岩样单轴强度和变形特性的离散性。因此,通过减小试样端部的摩擦来提高岩石单轴压缩试验质量是不可靠的。     

混凝土结构损伤过程区几何特性数值研究

 梯度依赖损伤模型是研究具有局部化行为特性的混凝土结构时常用的模型。按照“能量耗散非局部化”的原理,梯度依赖损伤模型的特征长度应该是损伤演化相互影响物质点间的最大距离。对混凝土构件的塑性损伤演化行为进行了数值模拟研究,主要目的是获得典型混凝土构件损伤局部化带的几何分布特性,包括损伤过程区的长度参数大小及变化规律。采用的模型为四点剪切混凝土梁,使用ABAQUS/EXPLICIT作为数值工具,得到的主要结果有：(1) 对于给定的宽高分别为0.15和0.40 m的双边缺口梁,完整损伤区的长度为0.042 1～0.061 2 m。损伤区长度在损伤演化过程中变化的原因是损伤区的应变状态发生了变化,由初始的剪应变为主的变形形式逐渐变为后期的拉伸应变为主的变形形式。(2) 在加载后期会有次级损伤过程区出现,完整的次级损伤过程区的初始长度为0.036 7 m。(3) 对于给定的宽高分别为0.10和0.44 m的单边缺口梁,在损伤演化扩展过程中一个完整损伤区的长度为0.047 3 m。上述结果可供梯度依赖损伤模型为特征长度取值时参考。     

非均质混凝土破坏过程的细观数值试验

结合细观单元的弹塑性各向异性损伤本构模型,建立了研究非均质混凝土破坏过程及其非线性力学行为的细观数值试验模型。该模型基于混凝土材料细观层次的结构特征,采用Weibull随机分布函数引入材料的非均匀性;同时,为反映加载边界条件如端部约束等的影响,采用Bathe提出的接触问题约束函数法处理不同物体之间的相互作用。运用该模型,对压缩和拉伸加载方式下混凝土的渐进性破坏过程进行了系统性的数值试验,其结果与他人的研究结果基本一致,从而验证了该模型的合理性。该模型为从细观层次研究复杂加载方式下混凝土的渐进破坏过程,进一步揭示混凝土的破坏机理及其非线性力学行为本质提供了一种新的数值试验手段。     

混凝土断裂能G_F的尺寸效应

断裂能ＧＦ是基于虚拟裂缝模型并考虑了混凝土软化特性的断裂参数，这个参数在混凝土的非线性开裂计算中是必不可少的．本文采用楔入劈拉法研究了试件高度对混凝土断裂能的影响．研究结果表明，ＧＦ在一定范围内存在尺寸效应．然而当试件高度ｈ＞５００ｃｍ时，基本上无尺寸效应．这一结论对大体积混凝土结构的非线性开裂计算有着重要的意义．     

混凝土抗折强度尺寸效应的试验研究

为研究强度等级变化对混凝土材料抗折强度尺寸效应的影响,完成54组试件的抗折试验,获得试件尺寸为70 mm×70 mm×310 mm、100 mm×100 mm×400 mm和150 mm×150 mm×550 mm,强度等级为C20、C40以及C60混凝土试件的抗折强度。通过对试验结果进行回归分析,得到不同强度等级、不同尺寸试件抗折强度之间的关系。对混凝土抗折强度的尺寸效应进行较系统研究,并应用Bazant尺寸效应理论和在光滑表面裂纹起裂处失效的尺寸效应理论分析材料尺寸效应现象。结果表明:各强度等级的混凝土试件均存在尺寸效应现象;强度等级提高,试件的尺寸效应越明显;Bazant基于能量释放引起的尺寸效应理论和在光滑表面裂纹起裂处失效的尺寸效应在本尺寸范围内与试验结果吻合较好,但不适用于全尺寸范围;提出的基于能量释放的修正尺寸效应率能够较好地适用于混凝土抗折强度尺寸效应的预测。