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混凝土细观结构的数值模拟

混凝土是一种被广泛使用的多相非均匀材料,对其材料的力学性质及破坏过程的研究对于采矿工程、地下工程以及结构工程都是非常重要的。相关研究也越来越深入,从大型的实物模型试验,到各种缩尺模型试验;从简单的力学仪器,到各种先进探测仪器的使用;理论上也由弹性力学、塑性力学发展到了断裂力学、损伤力学等。对混凝土断裂问题的研究,更是由宏观领域进入了细观层次。传统的有关混凝土力学特性的力学模型都是基于混凝土材料的宏观层次研究,其主要特点是把材料理想化为均质材料进行研究,把实验室尺度下力学试验的结果作为材料的力学参数,以此为基础进行更大尺度宏观结构的力学响应分析。实验室的实验结果往往也代表一定尺寸非均匀性结构材料的平均力学响应。这种简化对于研究混凝土工程结构及进行稳定性的数值分析是非常必要的,但是却难于研究混凝土材料在外荷载作用下裂纹萌生、扩展及贯通而导致的由细观层次到宏观层次的损伤和断裂过程。本文正是从混凝土材料的细观结构入手,建立了混凝土细观结  (本文共61页) 本文目录 | 阅读全文>>

大连理工大学
大连理工大学

基于网格模型的混凝土细观结构数值模拟

本文在细观层次上把混凝土看作是由粗骨料、水泥砂浆基体及二者间的界面组成的三相非均质复合材料,在此基础上来模拟混凝土的宏观力学性能。首先根据骨料级配和瓦拉文(Walaraven J.C.)公式计算得出平面数值混凝土试件中骨料颗粒的数目,然后采用蒙特卡罗方法产生骨料颗粒在试件中的随机位置,建立混凝土随机骨料模型。再将随机骨料模型投影到规则的等边三角形网格上,通过计算机实现各种单元材料参数的自动识别与赋值,在细观层次上较真实的模拟混凝土的高度非均质性,从而得到进行有限元分析所需的细观数值模型。其次,基于现有研究成果对网格模型加以改进。考虑到混凝土的初始缺陷,假设混凝土内各相组分(砂浆、骨料和界面)的抗拉强度均服从Weibull分布,从而使生成的网格模型和实际结构更为接近。再次,对全级配混凝土平面数值试件的轴向拉压破坏过程进行数值模拟,得到了试件的应力-应变全曲线,并演示了混凝土从微裂纹的萌生、扩展、贯通直到宏观裂纹出现导致破坏的全过程...  (本文共107页) 本文目录 | 阅读全文>>

浙江大学
浙江大学

基于材料细观结构的混凝土数值模拟与性能分析

混凝土在细观上可以看作是由粗骨料、水泥砂浆和界面组成的三相复合材料,由于三相材料组成的差异导致其力学性能也存在着很大的不同。混凝土的宏观性能在很大的程度上取决于这三相组分的体积比、各自的力学性能及其相互作用。因此研究这三相的结构特性及其组合对深入研究混凝土物理力学性能具有重要的理论意义和现实意义。本文采用数值方法模拟了混凝土材料的三相组成,并采用有限单元法分析了混凝土的主要性能。首先,根据体视学原理,得到了骨料累计分布函数与粒径之间的关系,利用Fortran语言编制程序,计算出骨料的粒径和位置,模拟了混凝土二维圆形骨料的随机分布,随后根据材料的细观结构,建立起了混凝土的数值模型。其次,采用有限单元法计算了混凝土稳态氯离子扩散系数,将数值结果与C C Yang的试验结果和胞体数值模型的结果对比验证,证明了本文模型用于计算混凝土稳态氯离子扩散系数的有效性,并讨论了细观结构参数对混凝土稳态氯离子扩散系数的影响,数值结果表明混凝土稳态氯...  (本文共86页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国石油大学
中国石油大学

聚丙烯纤维混凝土力学性能及细观结构的数值模拟

现阶段,聚丙烯纤维混凝土己在国内外得到广泛的应用,但目前国内外对聚丙烯纤维混凝土力学性能的研究大部分局限于试验阶段,无法满足工程需要,因此需要利用数值模拟技术来进行研究。本文在细观层次上把聚丙烯纤维混凝士看作是由粗骨料、纤维、水泥砂浆基体、粗骨料—砂浆界面以及纤维—砂浆界面所组成的非均匀性质的多相复合材料。由Walraven公式确定二维平面内粗骨料及聚丙烯纤维的颗粒数目,并运用蒙特卡罗法及有限元软件ANSYS,生成随机骨料模型,然后对其进行有限单元网格划分并给相应的单元分配不同的材料特性,得到“数值试件’。最后采用有限元软件ANSYS对聚丙烯纤维混凝土试件进行数值模拟试验。分析聚丙烯纤维混凝土随机骨料模型单轴受压和劈裂抗拉状态下的破坏过程,模拟计算得到的结果与宏观结构构件的破坏过程基本符合,并且证明低掺量聚丙烯纤维对混凝土的抗拉压强度有一定程度的提高,但是效果不明显;纤维增强了混凝土的韧性,延缓了其破坏过程。以随机骨料模型单轴抗...  (本文共71页) 本文目录 | 阅读全文>>

长安大学
长安大学

纤维混凝土细观结构及破裂过程数值模拟研究

纤维混凝土具有高延性和高韧性优点,在土木工程等领域中得到广泛的应用,但目前研究仍以宏观试验和定性分析为主,缺乏成熟的细观力学模型,对其细观力学性能与宏观力学行为之间关联性的研究仍较少见。本文从细观角度出发,采用细观损伤力学理论和数值模拟技术,建立纤维混凝土细观力学模型,探究纤维混凝土损伤与断裂过程中裂纹扩展规律以及损伤与断裂机制问题。本文首先在细观层次上把纤维混凝土看作是由粗集料、硬化纤维砂浆基体和两者之间界面过渡区所组成的三相非均匀复合材料,基于Monte-Carlo随机抽样方法,分析了混凝土内部不同骨料的形状几何信息,提出了混凝土骨料随机投放算法,建立了基于不同骨料含量和不同骨料形状的纤维混凝土细观结构数值模型。基于分水岭分割等图像处理技术对纤维混凝土随机截面进行了数字图像处理和分析,通过矢量转换技术建立了基于纤维混凝土真实骨料分布的细观结构模型。利用粗集料的圆度、针状系数和Blaschke系数等参数定量分析了混凝土内部粗集...  (本文共101页) 本文目录 | 阅读全文>>

北京工业大学
北京工业大学

细观混凝土分析模型与方法研究

混凝土结构是工程建设中应用极为广泛的一类结构,其中混凝土材料是主要的组成部分,因此混凝土结构的安全性与工作性能与之密切关联。混凝土材料的物理力学特性相对于钢材而言更为复杂,迄今仍然有许多问题悬而未决,故而是混凝土结构研究的重中之重。混凝土是一种典型的复合材料,其物理及力学特性取决于两种主要组成材料,即粗骨料和硬化水泥砂浆的成分、性质、配比以及两者间的粘结作用。换句话说,需要从其微/细观角度来把握混凝土材料的宏观物理力学性质。本文工作就是从细观角度出发,研究混凝土静、动态力学特性,以及混凝土中氯离子扩散诱发应力锈蚀的物理行为。主要内容简要概括如下:一、细观单元等效化方法及其应用。本质上来说,混凝土宏观非线性力学行为及尺寸效应源于其细观非均质性。鉴于此,为反映混凝土材料非均质性的这个本质特征,本文依据概率统计学理论,以单元材料弹性模量的变异系数作为材料非均匀性量度指标,提出了一种具有高计算效率的细观单元等效化分析模型与方法。对细观单...  (本文共417页) 本文目录 | 阅读全文>>