混凝土中心裂紋巴西圓盤試件的斷裂行為研究.pdf

1、混凝土是一種主要起強(qiáng)度作用的多相復(fù)合材料，其用途之廣，用量之大，在國民生活中發(fā)揮著不可替代的作用。盡管混凝土材料應(yīng)用廣泛，但我們對其的認(rèn)識仍有不足，如含裂紋的混凝土地基、高樓建筑、橋梁、大壩、軍用防護(hù)設(shè)施等的使用評估；可能遭受諸如強(qiáng)晝夜溫差、強(qiáng)壓、強(qiáng)風(fēng)、撞擊、爆炸、地震等載荷作用的混凝土建筑結(jié)構(gòu)的評估。因此，研究混凝土的斷裂失效對于工程的建設(shè)與維護(hù)具有非常重要的意義。
　　應(yīng)力強(qiáng)度因子（SIF）和T應(yīng)力是斷裂力學(xué)中的重要參量。本文

2、詳細(xì)介紹了如何利用權(quán)函數(shù)法、超確定有限元法和相互作用積分法來求解含裂紋構(gòu)件的SIF與T應(yīng)力。并著重描述了基于擴(kuò)展有限元法（XFEM）的相互作用積分法，該方法更具一般性且計(jì)算精度非常高，可用于求解均質(zhì)材料、功能梯度材料以及含夾雜界面的非均質(zhì)材料在復(fù)雜工況的下裂紋尖端的SIF和T應(yīng)力。此外，本文詳細(xì)介紹了Ayatollahi等人修正的最大切向應(yīng)力準(zhǔn)則（MMTS準(zhǔn)則），其中MMTS準(zhǔn)則是既考慮了裂紋尖端應(yīng)力場中的奇異應(yīng)力項(xiàng)（即SIF），又考慮

3、了非奇異應(yīng)力項(xiàng)（即Williams級數(shù)中的T應(yīng)力、A3和B3項(xiàng)）的最大切向應(yīng)力準(zhǔn)則。
　　利用MTS、GMTS和MMTS三種準(zhǔn)則對四種不同類型試件（砂漿試件，小顆粒骨料混凝土試件，大顆粒骨料低強(qiáng)度混凝土試件，大顆粒骨料高強(qiáng)度混凝土試件）、不同形式裂紋（純I型，純II型以及I-II復(fù)合型）的混凝土中心裂紋的巴西圓盤（CCBD）試件的裂紋起裂角和斷裂阻力進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和理論研究。并對MTS、GMTS和MMTS準(zhǔn)則預(yù)測混凝土CCBD試件斷裂

4、行為進(jìn)行了比較分析。研究結(jié)果表明，與傳統(tǒng)MTS、GMTS準(zhǔn)則相比， MMTS準(zhǔn)則能夠更好地預(yù)測混凝土CCBD試件裂紋起裂角和起裂韌性，特別是針對II型載荷占主導(dǎo)地位的情況。
　　采用權(quán)函數(shù)法和相互作用積分法研究了圍壓對CCBD試件的裂紋尖端SIF和T應(yīng)力的影響。結(jié)果顯示，權(quán)函數(shù)法和相互作用積分法的精度都是非常的高，兩者誤差很小。圍壓對T應(yīng)力和I型的SIF有重要影響，但對II型SIF無影響，大的圍壓將使裂紋趨于閉合。當(dāng)裂紋長徑比和加