均质混凝土受压性能的细观数值模拟

将混凝土看作由骨料、砂浆及它们之间的界面组成的三相复合材料,在细观层次上建立了均质混凝土棱柱体试件的随机骨料模型,分别赋予细观单元弹脆性和弹塑性本构关系,研究了采用不同本构关系的混凝土棱柱体试件在单轴压缩荷载作用下的细观损伤演化过程,分析了宏观应力应变曲线的差异,并将计算结果与试验结果做了比较。结果表明：混凝土试件的破坏是由于细观损伤的积累导致的;界面相是混凝土材料内部最薄弱的地方;砂浆单元采用弹塑性本构关系时所得混凝土棱柱体受压的宏观应力-应变全曲线与试验结果比较接近。     

混凝土试件细观结构的数值模拟

本文将常用混凝土级配曲线与三维富勒级配曲线作了对比分析，从而为基于瓦拉文公式的随机骨料模型对试件内截面进行细观结构的数值模拟提供了依据。在此基础上，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，利用有限元方法进行了混凝土湿筛试件、全级配试件单轴受压和全级配混凝土三分点梁弯拉细观结构数值模拟。通过单轴受压数值试验讨论了同一级配不同骨料分布、有限元单元尺寸及试件尺寸对极限荷载计算结果的影响。结果显示：(1)同级配不同随机骨料分布的影响在试验结果统计范围之内；(2)为了充分反映混凝土细观特性的非均性，单元尺寸应小于最小骨料粒径的三分之一；(3)湿筛试件与全级配试件数值模拟结果验证了试件的尺寸效应。在全级配混凝土三分点梁弯拉试验的模拟计算中，讨论了界面单元、固化水泥砂浆基底强度及损伤参数对计算结果的影响。通过细观结构数值模拟，直观显示了混凝土试件单轴受压和三分点梁抗弯曲试验在不同加载阶段微裂缝产生、扩展直至失稳的过程，及其宏观应力-应变曲线的变化情况。基于有关文献资料给定的混凝土各相参数得到的数值模拟结果与试验统计结果相符。     

碾压混凝土细观结构力学性能的数值模拟

本文在细观层次上将碾压混凝土看成是由硬化水泥粉煤灰砂浆体、粗骨料颗粒及二者间的粘结带构成的两相非均质复合材料，以随机骨料模型代表碾压混凝土的细观结构，采用有限元技术模拟了劈拉试件的开裂过程，所得碾压混凝土的劈拉强度与试验结果基本吻合。为碾压混凝土破坏机理的研究、碾压混凝土力学性能的数值模拟提供了新的技术途径。     

基于细观损伤的混凝土力学性能数值模拟研究进展

系统综述了基于细观损伤的混凝土力学性能数值模拟的研究现状,介绍了细观损伤力学在混凝土性能分析中的应用。重点对微平面模型、二维格构模型、随机粒子模型、细观结构模型、可考虑微裂纹间相互作用的细观损伤模型、基于弹性损伤本构关系的细观结构模型及Gurson细观损伤模型等几种常用的基于细观损伤的混凝土本构模型的优、缺点进行了比较。最后指出了以后有待进一步研究的问题。     

基于XCT扫描图像的混凝土二维细观受压断裂模拟

为了研究混凝土细观层次断裂力学特性,对混凝土试件进行原位XCT扫描,基于扫描图像提出了具有真实内部结构特征的混凝土二维细观模型,并预先在水泥砂浆和骨料-水泥砂浆界面插入零厚度粘结裂缝单元用以模拟潜在的裂缝。通过对该模型进行混凝土单轴受压数值仿真模拟,讨论其裂缝的发展过程以及不同细观结构和相应参数对混凝土断裂损伤行为的影响。结果表明：数值模拟得到的混凝土二维模型抗压强度与试验测得的强度相接近;混凝土的抗压强度受到水泥砂浆和骨料-砂浆界面裂缝单元的绝对数值影响,其中水泥砂浆裂缝单元强度对材料强度起控制作用;骨料-砂浆界面裂缝单元强度与水泥砂浆裂缝单元强度的比率对裂缝衍生发展有显著影响。     

基于细观层次的轻骨料混凝土压缩破坏及端面效应数值模拟

为探索轻骨料混凝土力学性能及破坏规律,采用细观数值模拟方法,将轻骨料混凝土看作由球形轻骨料颗粒与砂浆基质组成的两相非均质复合材料,建立三维随机骨料模型,模拟轻骨料混凝土单轴抗压破坏过程,研究分析加载端面约束效应对其裂纹扩展及材料力学性能的影响。研究结果表明：(1)与普通混凝土相比,轻骨料混凝土压缩破坏时,裂纹最先发生在轻骨料处,且裂纹会直接贯穿轻骨料进行延伸;(2)加载端面无约束试件最终形成轴向劈裂破坏,有约束试件最终形成倒锥形破坏;(3)加载端面无约束试件的抗压强度与峰值应变相对于有约束试件分别降低了29.6%、45.5%。该模型及模拟结果为传统宏观试验的不足提供了有效补充。     

全级配混凝土单轴疲劳特性细观数值模拟

为研究全级配混凝土在等幅、变幅及阶梯重复荷载作用下的疲劳特性,揭示材料特性与疲劳应力水平对其疲劳寿命的影响规律,通过自编程序建立二维随机骨料模型,运用有限元软件和耐久性疲劳分析软件进行联合仿真,对全级配混凝土细观结构进行应力分析和疲劳分析,探讨了不同骨料分布、骨料形状及疲劳应力水平对混凝土疲劳性能的影响,并估算了疲劳寿命。结果表明:在阶梯重复荷载作用下,骨料形状和分布对混凝土疲劳寿命影响较小,而疲劳应力水平对疲劳寿命影响较大;圆形和椭圆形骨料混凝土疲劳寿命较高,多边形骨料寿命较低;在疲劳加载破坏过程中,骨料界面先起裂,然后裂纹逐渐扩展贯通,最后导致整个试件完全破坏,可见骨料界面是混凝土中的薄弱部位,其寿命直接影响整个混凝土试件的寿命。研究成果为后续混凝土疲劳性能研究提供了参考。     

水工三级配及湿筛混凝土单轴受压力学特性细观数值模拟

为了研究水工大骨料混凝土单轴受压的力学特性,运用颗粒流离散元软件PFC 2 D建立三级配大骨料混凝土试件模型,通过将单轴压缩数值模拟得到的强度与已有文献中三级配大骨料混凝土试验数据进行对比,标定出水工大骨料混凝土中砂浆颗粒间的接触参数、粗骨料颗粒间的接触参数以及砂浆与粗骨料接触面的细观参数,将标定出的接触参数运用到湿筛...     

基于三维细观结构轻骨料混凝土力学性能的数值模拟

为了从细观结构上研究轻骨料混凝土的破坏机理,利用SCDM软件提出了一种新型划分网格技术,建立了三维细观结构的轻骨料混凝土有限元模型。模拟了轴心抗压与劈裂抗拉试验破坏过程,并与试验结果进行对比分析。计算结果表明:轴心抗压与劈裂抗拉强度的计算值与试验值的误差均在3.5%以内。在轴心抗压模拟试验过程中,裂纹最先出现在轻骨料处,表明轻骨料是轻骨料混凝土材料的薄弱环节,随着荷载进一步加大,最终形成了一个有两个对顶的锥形界面。在劈裂抗拉模拟试验过程中,裂纹也是最先出现在轻骨料处,随着载荷的增大,最终形成了一条宽大的主裂纹,且与主拉应力相垂直。与试验结果对比分析表明,本文提出的模拟方法,可以很好地模拟轻骨料混凝土静力学性能。     

混凝土劈裂抗拉力学性能的细观数值研究

采用随机骨料模型模拟混凝土的细观结构,在细观层次上将混凝土看成是由硬化水泥砂浆体、粗骨料颗粒及二者间的黏结带构成的三相非均质复合材料。利用有限元方法数值模拟混凝土试件的细观损伤断裂和劈裂抗拉,并对其劈裂抗拉破坏进行了研究。结果表明:骨料与砂浆的界面是混凝土劈裂抗拉破坏的薄弱环节,所采用的数值模拟计算方法基本可行。     

三级配混凝土二维随机多边形骨料模型数值模拟

为了研究混凝土的细观力学性能,利用MATLAB自编程序建立混凝土多边形随机骨料模型,采用最大限定边长和最小限定边长控制多边形骨料生成,并将随机骨料模型导入Comsol软件,建立混凝土细观模型,最后对三级配混凝土轴拉破坏进行数值模拟分析。分析结果表明,该混凝土细观模型算法合理可靠、简单易行,数值计算结果与宏观混凝土轴拉试验结果相符。可为混凝土的非线性有限元分析及力学性能试验改进提供理论依据。     

STUDY ON TRANSPORTATION NUMERICAL SIMULATION OF COALBED METHANE RESERVOIR

Coalbed methane is an unconventional gas resource and its special storage and migration laws need a series of evaluations and predictions. By analyzing the flowing characteristics of coalbed methane reservoir and using the known results for the dynamic prediction of natural gas reservoir, a three-dimensional mathematical model for the two-phase flow in coalbed methane reservoir was established. In this model the Langmuir isothermal adsorption law, the first Fick law and the second Pick law were applied to consider the absorption and diffusion of coalbed methane. The governing equations were discretized in a finite-difference form, and a full-implicit simulator (CBM-GW3D) for three-dimensional two-phase flow was developed. The field data of coalbed methane wells located at Liupanshui, Guizhou was used to verify the reliability of this model. This paper also presented the result of the sensitivity analysis for some factors. And this result proved the reliability and validity of this model.     

大坝混凝土静、动强度数值试验研究

为了分析水利工程中大体积混凝土材料的非均质性和力学性质多样性的特点,应用随机数学方法建立了多组混凝土随机骨料模型。编写了在ANSYS二次开发基础上的FORTRAN程序。通过此程序对混凝土梁进行了3种工况的数值模拟。结果表明,(a)骨料位置的改变对混凝土材料的静、动强度影响很小。(b)加载类型的不同则能使其强度产生明显的差别,动强度总是高于静强度。(c)对于同一种混凝土模型来说,加载速率的不同会使其动强度大小不同。将所得结论与相关数值模拟和物理试验结果进行对比,发现该分析方法可以较好的模拟出荷载作用下混凝土材料的力学特性,具有较好的实用价值。更多还原     

NUMERICAL SIMULATION OF HORIZONTAL MIGRATION OF PROPPANT

The horizontal migration of proppant was numerically investigated with a two-fluid model, in which the interaction between fracturing fluid and proppant, along with that among proppants was taken into account through interphase forces. The migration process and the volumetric concentration of the proppant were examined under various conditions, and the averaged volumetric concentration of the proppant was obtained. The present research might be useful in the process design of the hydraulic fracturing in the oilfields.     

NUMERICAL SIMULATION OF ATOMIZATION RAINFALL AND THE GENERATED FLOW ON A SLOPE

This article studies the atomization rainfall and the generated flow on a slope by numerical simulations.The atomization rainfall is simulated by a unified model for splash droplets and a suspended mist,and the distribution of the diameter of splash rain drops is analyzed.The slope runoff generated by the atomization rainfall is simulated by a depth-averaged 2-D model,and the localization of the rainfall intensity in space is specially considered.The simulation results show that:(1) the median rain size of the atomization rainfall increases in the longitudinal direction at first,then monotonously decreases,and the maximum value is taken at the longitudinal position not in consistent with the position where the maximum rain intensity is taken.In the lateral direction the median rain size monotonously decreases,(2) since the atomization rainfall is distributed in a strongly localized area,it takes a longer time for its runoff yield to reach a steady state than that in the natural rainfall,the variation ranges of the water depth and the velocity in the longitudinal and lateral directions are larger than those in the natural rainfall.     

再生骨料混凝土单轴受压试验研究

为研究再生骨料混凝土在单轴受压情况下的本构关系,以某道路废弃混凝土作为再生骨料,制作了45个尺寸为150 mm×150 mm×300 mm的棱柱体试件,研究再生骨料混凝土在不同取代率、不同水灰比下的单轴受压应力-应变关系,建立了再生骨料混凝土的本构关系。结果表明:随着再生骨料取代率的增加,再生骨料混凝土的峰值应力f_c整体呈先减小、后小幅度增大再减小的变化趋势;峰值应变ε₀整体呈先增大、后减小的变化趋势;随着水灰比的增加,峰值应力f_c由于取代率的不同而呈现不同的变化趋势,但总体上呈下降趋势;峰值应变ε₀基本均呈先增大、然后基本不变或略微减小的趋势。总体而言,再生骨料混凝土的峰值应力略小于天然混凝土,再生骨料混凝土的应变略大于天然混凝土。研究成果可为再生骨料混凝土的推广应用提供技术支持和参考。     

单轴状态下混凝土的动力损伤本构模型

本文根据现有的混凝土静力损伤本构模型，结合混凝土在快速变形下的性能试验成果，提出一定的假定，推得混凝土的动力伤本构方程，经与单位和单压状态下的试验成果对比证实，本文提出的理论模型能够较好地描述真实变形过程。     

3-D NUMERICAL SIMULATION OF SPRAY DIFFUSION ON ENVIRONMENT

An equation of atomization quantity from energy dissipation by hydraulic jump was derived from dimensional analysis. Applying the Gauss diffusion equation, the spray diffusion in valley was studied under the conditions of continuous line source and random wind direction. Considering the spray-rain switching process, coagulation, condensation and evaporation of droplets, the authors calculated the air temperature, air relative humidity, spray density and the rainfall intensity in the lower reaches. The 3-D numerical results agree well with portotype monitoring data.