基于粘結(jié)裂縫模型的非均勻準(zhǔn)脆性材料斷裂模擬研究.pdf

1、作為準(zhǔn)脆性材料,混凝土的抗拉能力低、失效預(yù)警時間短,且在多級尺度上表現(xiàn)出非均勻性。對混凝土斷裂過程的模擬研究,有助于掌握準(zhǔn)脆性材料的裂縫起裂和開展機制。論文先對國內(nèi)外非均勻準(zhǔn)脆性材料的斷裂模擬研究歷史進行全面的文獻(xiàn)回顧,重點研究各種裂縫模型的本構(gòu)關(guān)系和非均勻場的模擬算法,并比較現(xiàn)有模擬方法的優(yōu)缺點。在此基礎(chǔ)上提出基于粘結(jié)裂縫模型的模擬方法。該方法采用具有自相關(guān)性的隨機場間接表征材料屬性的空間分布,在通用有限元軟件Abaqus平臺上,通過

2、若干前后處理程序,進行非均勻準(zhǔn)脆性材料的斷裂模擬。
　　 采用該方法,先對二維平面內(nèi)一個軸心受拉試塊進行單元類型、網(wǎng)格依賴性,裂縫面特征及數(shù)值算法等方面的研究,再進行二維斷裂的蒙特卡羅模擬。在論證蒙特卡羅模擬結(jié)果已收斂的前提下,分析隨機場方差和特征長度對極限荷載的影響,并利用模擬結(jié)果進行初步的可靠度設(shè)計及材料強度評估。將二維模擬方法擴展至三維,對一系列靜態(tài)和動態(tài)斷裂過程進行三維模擬,將模擬結(jié)果與其它文獻(xiàn)或?qū)嶒灁?shù)據(jù)進行比較,以驗證

3、算法的可行性。在三維空間內(nèi),對上述軸心受拉試塊進行蒙特卡羅模擬,從多角度分析模擬結(jié)果,并與二維模擬結(jié)果進行比較。最后,在上述混凝土斷裂模型基礎(chǔ)上,提出基于纖維拉拔實驗曲線的纖維混凝土模型,并對近年來受到廣泛關(guān)注的纖維混凝土加固效果進行初步模擬和參數(shù)分析。
　　 研究表明,論文提出的模擬方法能夠準(zhǔn)確模擬混凝土破壞時,裂縫面形態(tài)粗糙、位置隨機的特性;同樣的平均強度下,混凝土的極限荷載隨著抗拉強度隨機場方差的增大而減小,隨著骨料粒徑的