混凝土類脆性材料破損演化規(guī)律的定量化研究及數(shù)值模擬.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、CT掃描可以無損地檢測混凝土承載過程中裂紋的演化過程,是當前基于細觀層面研究混凝土力學(xué)特性的有效手段。然而,當前巖石及混凝土CT試驗研究中,利用觀察及統(tǒng)計方法研究材料破壞后果的文獻較多,定量地分析材料損傷演化過程的文獻則相對較少,嚴重浪費了寶貴的CT試驗資源。混凝土隨機骨料模型較好地模擬了混凝土中骨料的隨機分布,為基于有限元對混凝土細觀結(jié)構(gòu)進行模擬提供了較適用的方法。但是,該模型將混凝土分解成由骨料、砂漿、和界面組成,忽略了混凝土材料的

2、初始缺陷及骨料和砂漿的非均質(zhì)性,且所建模型的界面較厚,不能真實地模擬混凝土的真實結(jié)構(gòu)組成。
  為了充分發(fā)揮CT試驗資源的價值,真實地模擬混凝土的組成結(jié)構(gòu),本文以巖石及混凝土CT試驗為基礎(chǔ),利用分形理論及破損演化理論,定量地研究了巖石及混凝土加載過程中試樣的損傷演化過程,建立了基于孔隙率的損傷演化方程;基于CT圖像分別建立了“結(jié)構(gòu)隨機型數(shù)值混凝土模型”和“材料隨機型數(shù)值混凝土模型”,為基于CT試驗研究巖石及混凝土的力學(xué)特性提供了一

3、套有效的方法。本文研究的主要工作和成果總結(jié)為以下幾點:
 ?。?)以巖石材料的靜力單軸壓縮、靜力三軸壓縮CT掃描試驗和混凝土材料的靜力單軸壓縮、靜力單軸拉伸、動力單軸壓縮、動力單軸拉伸CT掃描試驗為對象,利用應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系、CT圖像、CT數(shù)均值等分析方法,分析了巖石及混凝土試樣的損傷過程,得到了不同應(yīng)力狀態(tài)下巖石及混凝土試樣的損傷演化特點。
 ?。?)基于差分盒維數(shù)方法,定量地分析了混凝土靜力壓縮、靜力拉伸、動力壓縮、動力拉伸

4、CT試驗過程,得到了混凝土試樣在不同應(yīng)力條件下分維數(shù)隨加載的變化規(guī)律。
 ?。?)以細砂巖靜力三軸壓縮CT試驗、混凝土單軸靜力壓縮CT試驗、以及混凝土單軸動力壓縮試驗為研究對象,基于損傷演化理論,提出了分區(qū)閾值的確定方法,定量地將細砂巖CT掃描圖分為孔洞裂紋區(qū)、損傷區(qū)、和完整區(qū),將混凝土CT掃描圖分為骨料區(qū)、硬化水泥石區(qū)、和孔洞裂紋區(qū),并基于測度定義了完整率、損傷率、骨料率、硬化水泥石率、孔隙率,定量地研究了各應(yīng)力狀態(tài)下巖石及混凝

5、土試樣損傷隨加載的變化過程。并以孔隙率為參數(shù),建立了混凝土的損傷變演化方程。
  (4)以混凝土靜力單軸壓縮CT試驗的初始CT掃描圖為基礎(chǔ),基于CT掃描圖中每個分辨單元的坐標,編制Fortran源程序,建立了“結(jié)構(gòu)隨機型數(shù)值混凝土模型”,結(jié)合基于孔隙率的損傷演化方程,分別進行了單軸靜力壓縮和單軸靜力拉伸數(shù)值模擬試驗。結(jié)果表明,本文所建的“結(jié)構(gòu)隨機型數(shù)值混凝土模型”即可以反映混凝土的細觀組成,又可以反映骨料與砂漿的粘結(jié)界面,與真實混

6、凝土試樣非常接近,具有很強的適用性。
 ?。?)基于CT掃描圖像各分辨單元的CT數(shù),建立了材料參數(shù)與完整度的關(guān)系式,以此為基礎(chǔ),編制Fortran源程序,在“結(jié)構(gòu)隨機型數(shù)值混凝土模型”的基礎(chǔ)上建立了“材料隨機型數(shù)值混凝土模型”,研究了材料非均質(zhì)性對混凝土數(shù)值試驗強度特性及裂紋形態(tài)的影響。結(jié)果表明,材料隨機性對數(shù)值模擬試驗結(jié)果具有較明顯的影響,它不僅影響著數(shù)值模型試樣的強度和塑性特性,它還影響著試樣裂紋的擴展形態(tài)。數(shù)值試驗結(jié)果與單軸

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