基于扩展有限元的混凝土三点弯曲梁断裂性能数值模拟研究

基于扩展有限元法,模拟了不同宽度混凝土三点弯曲梁的断裂破坏过程,得到了荷载-裂缝口位移曲线;对不同宽度、缝高比、跨高比的三点弯曲梁断裂过程进行模拟并利用双K断裂准则得出了不同宽度、缝高比、跨高比等条件下的应力强度因子,研究了这三种参数的变化对应力强度因子的影响。研究结果表明:当跨高比、缝高比等于0.4,梁宽在100~250 mm范围内变化时,其起裂断裂韧度K_Icⁱⁿⁱ、失稳断裂韧度K_Ic^un基本保持不变;当梁宽不变,跨高比等于4,缝高比从0.2增大到0.5时,起裂断裂韧度K_Icⁱⁿⁱ、失稳断裂韧度K_Ic^un呈现先增大后减小的趋势;当梁宽不变,缝高比等于0.4,跨高比从2.5增大到3.5时,起裂断裂韧度K_Icⁱⁿⁱ保持不变,失稳断裂韧度K_Ic^un将逐渐增大但幅度很小;当跨高比不变,缝高比等于0.4,梁宽在100~250 mm的范围内变化时,起裂断裂韧度K_Icⁱⁿⁱ、失稳断裂韧度K_Ic^un均呈现先增大后减小的趋势,表明小跨高比的K_Icⁱⁿⁱ、K_Ic^un在梁宽度方向存在一定的尺寸效应。     

自密实混凝土断裂性能的试验研究

在混凝土三点弯梁断裂试验研究中,对双K断裂参数模型试验进行了简化,通过应力控制加载方式测量应变,利用试件变形的三角形比例关系求得裂缝口张开位移.对C35与C50自密实混凝土断裂性能的试验研究表明,自密实混凝土的断裂性能与相同强度等级的普通混凝土相比有所降低;自密实混凝土的失稳断裂韧度随龄期近似线性增长,起裂韧度一开始增长较快,随后增长速度有所减缓;自密实混凝土断裂参数和抗压强度之间存在近似线性关系.提出的简化方法有较高的精度,可以为自密实混凝土断裂性能研究与实际工程应用提供可靠的参考.     

有层面碾压混凝土双K断裂参数试验研究

由于碾压混凝土坝是分层铺设碾压,突出存在着层间结合和坝体的层间稳定问题。因此有必要对有层面碾压混凝土断裂机理进行研究。采用断裂力学理论(双K断裂模型)对轴拉试件进行断裂力学分析,确定双K断裂参数的数值,研究其尺寸效应以及层面对双K断裂参数的影响。     

硫酸盐侵蚀环境下混凝土双K断裂参数试验研究

为了评估硫酸盐侵蚀环境下混凝土的工作性能并为断裂分析提供依据,采用三点弯曲梁试验方法,研究在硫酸盐侵蚀和干湿循环双重作用下混凝土双K断裂参数等断裂性能的劣化规律.基于断裂力学理论,通过在裂缝尖端表面粘贴应变片来监测裂缝的起裂、扩展和失稳断裂情况,得到在不同硫酸盐侵蚀龄期下试件的P-CMOD曲线.以侵蚀系数为评价指标,采用混凝土双K断裂准则计算构件的失稳韧度和起裂韧度.结果表明:起裂荷载与最大荷载的比值PQ/Pmax大致分布在0.55～0.90,失稳韧度和起裂韧度在侵蚀初期均有较明显的增大,转折点分别为60和30d,之后随侵蚀龄期不断缓慢减小.与失稳韧度相比,起裂韧度受硫酸盐侵蚀因素的影响较敏感.     

长江三峡大坝混凝土双K断裂参数试验研究

对长江三峡工程泄洪坝段原材料制成的大坝混凝土及其湿筛混凝土试件做直接拉伸试验,得到大坝混凝土及其湿筛混凝土断裂过程区的本构关系.结合标准三点弯曲切口梁试验,运用双K断裂模型,得到大坝混凝土和湿筛混凝土的双K断裂参数.试验结果表明,三峡大坝混凝土的起裂和失稳韧度均大于其湿筛混凝土,前者分别为后者的1.14和1.19倍.     

混凝土结构裂缝分析中断裂模型的研究现状

在大部分情况下,混凝土是带裂缝工作的,随着外加荷载的增加,裂缝不断发展,最后裂缝失稳扩展导致结构破坏.开裂破坏是混凝土结构破坏的主要形式.主要阐述了混凝土结构裂缝分析中几种常用断裂模型的研究现状及其主要特点,以便为混凝土裂缝分析中选用合适的断裂模型提供参考.     

混杂纤维活性粉末混凝土的断裂性能

为研究混杂纤维增强超高性能混凝土(ultra-high performance concrete, UHPC)的断裂性能, 对带预制裂缝UHPC梁进行了三点弯曲断裂测试, 以研究钢纤维分别与6种非金属纤维混掺对断裂性能的影响. 钢纤维体积分数为1.3%, 混掺合成/无机纤维体积分数均为0.5%. 通过测得荷载-裂缝嘴张开位移(P-D)曲线, 分析了起裂韧度、失稳韧度、断裂能等断裂参数, 研究了切口梁弯曲强度、残余强度等. 试验表明: 混掺纤维UHPC的P-D曲线具有明显的二次强化特性, 钢纤维与其他非金属纤维混掺具有一定的协调阻裂、控裂能力. 混掺合成/无机纤维提高了切口梁裂后的变形能力; 混掺直径为0.15 mm的聚烯烃纤维有利于提高断裂能; 混掺直径为0.04 mm的聚乙烯醇纤维可明显提高UHPC断裂参数; 混掺玻璃纤维有利于提高UHPC抗断裂能力, 其长度不宜大于12 mm; 聚酯纤维的直径不宜大于0.75 mm; 混掺弹性模量较高的非金属纤维更有利于改善UHPC抵抗断裂的能力, 混掺纤维后显著提升了UHPC的断裂能.

     

混凝土断裂能的统计模型和标准值研究

采用三点弯曲法测定不同工况的混凝土断裂能,并就其中一个工况进行大样本试验。根据试验和收集文献中的数据建立断裂能基于混凝土强度和粗骨料最大粒径的双因素统计模型,将该统计模型与其他统计模型对比发现,其预测能力更好。应用统计分析软件SAS针对选用工况的试验数据进行了4种概率分布、5种拟合优度检验,得到该工况断裂能最符合的概率分布为对数正态分布,从而计算得到具有95%保证率的断裂能标准值GFk=66.0 N/m。     

基于PCA 和KNN 的电主轴故障诊断方法研究

电主轴是数控机床中重要的部件之一, 其性能的优劣直接影响机床工况和加工零件质量。对电主轴进行故 障诊断能很大程度上提高数控机床的加工精度, 并且能够有效地增加其可靠性和安全性。在一般诊断过程中, 原 始数据的高维特征量处理较为困难。为顺应实际应用中对电主轴故障诊断的精度要求, 提出一种基于主成分分析 (PCA) 与K 最近邻(KNN) 的电主轴故障诊断方法。此方法利用PCA 对原始非线性时间序列数据的特征向量进行 降维, 并选取其中主成分特征向量。将得到的主成分特征向量作为KNN 的输入进行故障分类。最后将该方法的预 测结果与决策树和随机森林的分类结果进行对比, 结果表明, PCA-KNN 算法在故障分类精度上相较于其他两种算 法有显著提高, 是一种有效的电主轴故障分类方法。     

钢纤维高强混凝土断裂性能的试验研究

通过18个尺寸为200mm×170 mm×100mm的钢纤维高强混凝土和素高强混凝土楔劈试件拉伸试验,研究了钢纤维类型、体积率对高强混凝土断裂韧度(KIC)、断裂能(GF)、临界裂缝嘴张开位移(CM0DC)和裂缝尖端张开位移(CTODC)的影响.试验结果表明,钢纤维体积率对高强混凝土的断裂性能有显著影响;与铣削型和剪切波纹型相比,切断弓型钢纤维对钢纤维高强混凝土断裂性能的提高更为显著,断裂韧度增益比分别提高了19.9%,25.2%,断裂能增益比分别提高了355.4%,148.0%,临界裂缝嘴张开位移增益比分别提高了163.3%,148.4%,临界裂缝尖端张开位移增益比分别提高了225.9%,935.8%.     

海水海砂混凝土无尺寸效应拉伸强度与断裂韧度的确定

海水海砂混凝土（seawater sea sand,SSC）在岛礁和临海工程建设中有广阔的应用空间。海洋环境下,混凝土容易开裂,严重影响结构耐久性。为确保该新型混凝土在海洋环境下的安全服役,对SSC的断裂力学性能研究以及断裂参数的合理确定至关重要。然而采用传统方法,基于线弹性断裂理论确定的断裂参数,由于未考虑材料非均匀性的影响,不可避免存在尺寸效应。鉴于此,本文利用基于边界效应的非线性断裂理论,考虑材料的非连续性与非均匀性,确定SSC的真实断裂参数。配制最大骨料粒径d_max为10和20 mm的海水海砂混凝土,分别进行高度为100和200 mm的三点弯曲梁试验,初始缝高比为0.1~0.7;并用淡水、河砂等质量替代海水、海砂配制普通混凝土（ordinary Portland cement,OPC）作为对照组进行试验。基于边界效应模型,通过引入混凝土平均骨料粒径,得到了SSC的真实无尺寸效应拉伸强度f_t及断裂韧度K_IC,进而结合正态分布分析确定两断裂参数的均值以及具有95%保证率的上下限值,并利用得到的拉伸强度成功预测任意尺寸条件下SSC试件的极限荷载。结果表明:相同骨料级配下,与普通混凝土相比,海水海砂混凝土断裂截面上骨料断裂的比例更高,SSC的拉伸强度及断裂韧度高于OPC;随着最大骨料粒径的增大,SSC和OPC骨料断裂的比例均减小,其断裂韧度K_IC均增加,f_t降低。所提模型及相关结果可为海水海砂混凝土实际工程设计提供参考。     

海水侵蚀环境下混凝土强度的研究

采用普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥 ,分别配制了水灰比在 0 .4 5～ 0 .6 0范围内的混凝土试件 ,采用加速腐蚀试验 ,研究了在海水腐蚀后 ,其强度随时间变化的规律及原因 ,并为试件损伤状态定量化解析提供了试验数据。研究结果表明 ,在相同的试验条件下 ,矿渣硅酸盐水泥混凝土抗海水侵蚀性优于普通硅酸盐水泥混凝土 ;混凝土试件的抗蚀系数为 0 .8时与美国ASTM标准规定的强度损失 2 5 %的界限值相吻合     

Experimental study on tensile failure process of double-K fracture parameters in roller compacted concrete layer

Study on failure of soft stratum of roller compacted concrete （ RCC ） is an important aspect of stability of high RCC dam. Six kinds of specimens with different interfaces were investigated by wedge splitting method. Double-K fracture parameters （initial fracture parameter and unsteady fracture parameter） were calculated by the concrete double-K fracture theory. It is indicated that the approach of construction joint or old joint after RCC final set is the most efficient among the six cases, and its fracture parameter is the largest among them. Its propagation path is sinuous. Its failure surface is scraggly. Bedding plane crack fails at the underside of the concrete surface, bond course or the surface between them for each approach. So disturbance on the underside of the concrete surface should be avoided or decreased at best during RCC construction.     

混凝土的数值本构模型研究

提出混凝土材料的数值本构模型的概念和方法 ,其要点有三条 :一是根据应力状态数值来判断和采用何种本构模型 ;二是可以采用不具有明确物理意义的基于实验数值的模型 ;三是可以进行多重判断 .并在其拉裂的裂缝模型中引入应力释放因子 ,剪力传递因子 .用本方法进行的数值计算所得的裂缝形态与试验结果较接近 .     

基于非线性有限元理论的钢管混凝土和钢筋混凝土力学性能研究

以非线性有限元理论为基础,对钢管混凝土与钢筋混凝土的力学性能展开分析,经过讨论和研究后发现,钢管混凝土的力学性能优于钢筋混凝土。钢管混凝土经过科学配比,其强度、耐久性、抗压能力均可以得到较大的提高,钢管混凝土将是建筑结构的新选择。     

锈蚀钢筋与混凝土间黏结性能试验

为研究锈蚀对钢筋与混凝土间黏结性能的影响,制作20个中心拉拔试件.通过电化学加速锈蚀得到理论锈蚀率为0%、0.5%、1%、2%、5%的拉拔试件,完成了不同锈蚀率下钢筋与混凝土的拉拔试验.从钢筋几何外形特征与混凝土强度在锈蚀过程中变化的角度分析了锈蚀率对极限黏结强度的影响,以割线刚度的方法定量研究了锈蚀率对黏结刚度的影响.阐述了锈胀裂纹、黏结刚度及试件破坏模式随锈蚀率变化的规律.试验结果表明:随着锈蚀率增大,钢筋与混凝土间的黏结强度、黏结刚度呈现先增大后减小趋势.黏结刚度的退化与锈胀裂纹的出现具有一定相关性.通过整理国内外学者黏结强度退化数据,得到了两段式黏结强度退化试验模型及一定程度上可供工程参考的黏结强度退化保守模型.最后,基于两段式黏结-滑移模型得到了不同锈蚀率下钢筋与混凝土间黏结-滑移本构模型.     

混凝土断裂面的复型重构及其分形特征的评价

用高强石膏直接在混凝土断裂试件表面复型的方法，短时间内即可准确获得相应三维形貌的断裂表面，经高精度的分割和无破损直接接触测试，确定了多组试件相应的混凝土断裂表面的分形维数，根据分形理论，分析评价了混凝土断裂表面的分形特征．研究表明，混凝土断裂表面具有很好的自相似特征，可以用分形几何理论和方法指导其分形特征的测试和评价，石膏复型方法具有快速取样，便于高精度分割和无破损直接测试，避免了小岛法加工难度大，失误无法弥补的缺点，也避免了激光法言区对重构断面精度的影响，测试精度高，接触式测试误差只有0．002mm，同时，可以直接统计计算出断裂面的真实面积，为探索混凝土断裂面分形特征与断裂行为之间的内在规律，为建立相关的数学模型提供了重要的依据．