循環(huán)載荷作用下混凝土疲勞裂紋擴展的數(shù)值模擬.pdf

1、混凝土作為一種多相復合材料，其在細觀層次上可以被認為由粗骨料、水泥砂漿以及它們之間的界面過渡區(qū)(簡稱ITZ)組成，其各相材料中都以微裂紋或微孔洞的形式存在著許多初始缺陷，在疲勞載荷的作用下，這些初始缺陷與混凝土細觀結構共同影響著材料整體的疲勞性能以及宏觀響應。與靜力加載條件下的混凝土宏、細觀研究相比，疲勞加載條件下混凝土宏、細觀分析的研究相對較少，而混凝土疲勞問題也是工程應用中需要解決的問題之一。
　　本文根據(jù)混凝土疲勞裂紋擴展不

2、同階段的特征，采用細觀與宏觀建模分析方法對混凝土中疲勞裂紋萌生、擴展以及試件破壞的全過程進行了分析，揭示了混凝土材料疲勞破壞的細觀與宏觀機理。
　　文中建立了一種混凝土多相細觀模型，其中的骨料形狀、分布以及ITZ厚度均與實際混凝土相一致，該模型不對裂紋萌生位置作事先假設，能夠真實地反映混凝土中疲勞裂紋萌生的過程。模型的建立通過PYTHON語言編寫的一體化腳本程序實現(xiàn)，有效地提高了建模分析的效率。
　　針對疲勞分析的特點，設置

3、了基于循環(huán)塊的求解過程，有效地實現(xiàn)了疲勞載荷作用下結構響應的求解，并利用FORTRAN語言編寫了混凝土細觀組分的材料子程序，實現(xiàn)了與加載次數(shù)以及變形相關的材料疲勞損傷演化模型的模擬，同時證明了該材料子程序的準確性。
　　利用以上建立的細觀模型，分析了骨料位置隨機性、骨料體積分數(shù)以及應力水平對于混凝土材料疲勞裂紋擴展與試件破壞的影響，數(shù)值模擬結果說明該模型對于不同細觀結構的混凝土材料以及不同的加載條件都有較好的適用性。
　　文

4、中還提出了細觀與宏觀模型轉換的分析方法，通過合理地劃分細觀與宏觀模型在分析過程中的適用界限，實現(xiàn)了與混凝土材料不同疲勞損傷階段相適應的建模分析過程，同時通過模型間的數(shù)據(jù)傳遞，實現(xiàn)了細觀與宏觀模型的分析過程連接，保證了整個混凝土疲勞分析過程的連續(xù)性。其中宏觀模型由PYTHON語言編寫的腳本程序建立，實現(xiàn)了裂紋動態(tài)擴展過程的模擬與混凝土疲勞壽命的預測。該模型中的混凝土材料疲勞參數(shù)由相應的數(shù)值實驗擬合得到，與混凝土材料的一般取值符合較好。