基于Weibull强度理论的混凝土冻融损伤本构模型研究

将统计学方法与细观力学方法结合,采用平行杆模型模拟混凝土等脆性材料单轴受压的损伤演化规律。研究了基于Weibull强度理论的混凝土细观统计损伤本构模型,并通过冻融后的混凝土单轴受压本构试验,拟合出模型相关参数m和ε0,提出了基于细观统计损伤力学的混凝土冻融损伤本构方程。最后通过非线性有限元分析软件ABAQUS对提出的模型进行数值模拟,并与试验结果对比分析,验证了所提出模型的合理性。     

长径比对SFRC抗压性能的细观数值模拟

根据Weibull统计分布理论推导了钢纤维混凝土(SFRC)的损伤本构模型,基于试验数据得到了SFRC模型参数。利用ANSYS软件在细观上建立钢纤维混凝土立方体试件有限元模型,并对其单轴压受力下的力学性能和破坏状态进行了数值模拟,研究钢纤维长径比对钢纤维混凝土抗压强度的影响。结果表明,SFRC细观模型能较好的模拟单轴受压下混凝土的静力学性能和损伤破坏。     

混凝土弹塑性单轴受压分形损伤本构关系研究

考虑混凝土单轴受压破坏机理,在混凝土静力损伤基础上引入弹簧-摩擦块模型,以模拟混凝土弹塑性阶段的细观结构变化。基于细观模型中弹簧、摩擦块对混凝土断裂面的影响,分析了混凝土受压损伤的破坏规律,建立了不同强度等级混凝土弹塑性单轴受压损伤本构模型,采用混凝土分形曲面模拟方法对所建模型进行了验证。结果表明：所建立的模型能够较好描述混凝土的塑性变形,对混凝土弹塑性的离散范围具有良好的预测能力。     

基于细观力学混凝土研究综述

以往主要是基于宏观层次对混凝土进行研究,不能很好地解释说明混凝土材料的损伤和破坏的真正原因。自1985年Roelfstra等学者将"细观"一词引用到混凝土材料以来,人们开始将混凝土视为骨料、砂浆及粘结界面组成的三相复合材料,依此对其展开研究。综述了目前基于细观力学混凝土研究的现状,重点介绍了混凝土细观力学模型研究和细观数值模拟研究,并在文末提出了今后混凝土细观数值模拟研究有待进一步提高的地方。     

复杂动荷载作用下全级配混凝土损伤机理细观数值试验

提出了一种适用于复杂应力状态下的双折线弹性损伤模型,对混凝土试件进行了轴向拉压细观数值模拟试验,同时探讨了复杂应力状态下混凝土损伤破坏机理。然后基于实际工程采用的混凝土细观动态参数试验实测值,利用细观数值模型对循环荷载作用下全级配大坝混凝土试件进行了弯折损伤破坏模拟。其数值计算结果与材料试验测的数据吻合较好,进一步验证了在循环动荷载作用下预静载对动弯拉强度也存在强化现象。本文轴向拉压细观数值模拟试验表明,细观界面黏结强度是控制混凝土宏观抗压强度和宏观抗拉强度的关键参数,而黏结面泊松比的大小对混凝土宏观抗压强度影响很大。这个研究结果表明,混凝土材料受拉破坏机制与剪切破坏机制在本质上可统一为受拉破坏机制。     

混凝土细观分析的研究现状

介绍了混凝土细观力学分析方法,即混凝土数值模拟和CT试验研究,数值模拟详细分析讨论了随机骨料模型、格构模型、随机力学特性模型、统计细观损伤力学模型、离散元模型等5种细观力学数值模型的特点以及高性能并行计算作用及实现.考虑到国内医用CT试验只能进行一级配混凝土试件拉、压破坏试验,对二级配混凝土只能进行拉伸破坏试验,因此对多级配混凝土进行细观分析.必须与工业CT结合,将可以完成拉伸、压缩、动力试验,为混凝土的细观研究提供了另一条路径.     

混凝土三维细观数值模拟与CT试验研究

为了研究混凝土材料的细观结构破坏机理,将其视为由骨料、界面、水泥浆和孔隙组成的复合材料。利用微焦点工业CT对试件进行扫描,获得高精度CT图像。通过图像处理与分割,应用Mimics软件建立三维数值模型,采用有限元软件ANSYS进行数值模拟并与试件单轴压缩CT原位扫描试验进行对比。结果表明:试件内部界面是其薄弱部位,裂纹首先在界面处产生,沿界面扩展到水泥浆,同时裂纹也会穿过部分骨料,最终贯通形成破裂面。通过对比发现数值模拟高应变区的萌生、扩展、联通与试件单轴压缩CT试验的破坏过程以及最终的破裂面形状都具有一致性,表明该建模方法是可行性。该模型能够充分反映试件内部真实结构特征,为数值方法研究混凝土材料细观特性提供了建模手段。     

不同加载速率下废玻璃粉混凝土单轴拉伸试验研究

通过直接拉伸的试验方法。研究了废玻璃粉掺量0、10%、20%的混凝土试件在五种不同加载速率下的破坏形态及破坏机理;并借鉴平行杆模型PBS,建立废玻璃粉混凝土单轴抗拉细观损伤模型,得到损伤关系和试验中的应力应变曲线非常相似,说明了混凝土单轴拉伸细观损伤模型是可以用于废玻璃粉混凝土中的;废玻璃粉混凝土极限抗拉强度随着加载速率的增加而提高,为研究动态抗拉强度与加载速率的关系,对加载速率与动态抗拉强度的影响进行线性回归拟合,得到动态抗拉强度增量与加载速率近似关系。     

Mesoscale modeling based numerical study on size effect of concrete compressive strength

将混凝土视为砂浆、骨料及过渡界面组成的三相复合材料,采用随机骨料模型从细观角度对混凝土轴压破坏过程及抗压强度尺寸效应进行数值分析。该模型中考虑了混凝土级配以及骨料分布的影响,通过赋予各相材料塑性损伤本构关系并引入初始缺陷来模拟混凝土破坏过程中裂缝的产生与扩展。通过与试验数据进行对比,认为所建立随机骨料细观模型能够较好地反映混凝土抗压强度尺寸效应规律。分析结果表明：初始缺陷大小对混凝土抗压强度尺寸效应影响显著,而混凝土强度等级与缺陷位置对尺寸效应影响较小。通过对混凝土轴压破坏机理进行分析,发现基于能量释放的尺寸效应模型能够较好地解释混凝土的破坏过程和预测模拟结果。     

基于随机骨料模型的混凝土抗压强度尺寸效应研究

将混凝土视为砂浆、骨料及过渡界面组成的三相复合材料,采用随机骨料模型从细观角度对混凝土轴压破坏过程及抗压强度尺寸效应进行数值分析。该模型中考虑了混凝土级配以及骨料分布的影响,通过赋予各相材料塑性损伤本构关系并引入初始缺陷来模拟混凝土破坏过程中裂缝的产生与扩展。通过与试验数据进行对比,认为所建立随机骨料细观模型能够较好地反映混凝土抗压强度尺寸效应规律。分析结果表明:初始缺陷大小对混凝土抗压强度尺寸效应影响显著,而混凝土强度等级与缺陷位置对尺寸效应影响较小。通过对混凝土轴压破坏机理进行分析,发现基于能量释放的尺寸效应模型能够较好地解释混凝土的破坏过程和预测模拟结果。