利用漸進均勻化方法分析ITZ影響時混凝土的力學參數
發(fā)布時間：2021-07-03 22:11
混凝土可被視為一種多尺度材料,在細觀尺度上,它通常被認為是由骨料、水泥漿基質和二者間的界面過渡區(qū)（Interfacial Transition Zone（ITZ））組成的三相復合材料。各組分的相對位置、相互作用、材料性質以及配合比等因素均會對混凝土的力學性能產生影響,導致混凝土的力學特性十分復雜。因此,需要從細觀角度掌握混凝土的宏觀力學性質。漸進均勻化方法（Asymptotic Homogenization Method（AHM））是一種具有嚴格數學基礎的多尺度方法。本文利用AHM從細觀角度計算了考慮界面過渡區(qū)和骨料級配影響時混凝土的彈性常數。主要工作及結論如下:1.建立單一粒徑骨料代表體積單元（Representative Elementary Volume（RVE））,利用AHM計算各單一粒徑骨料RVE的體積模量,該計算結果與廣義自洽的結果接近。其間為克服較高骨料體積分數RVE建模時骨料溢出邊界的情況,用立方增強體替代了球形增強體,發(fā)現立方增強體適應范圍更廣且不影響計算精度。然后采用加權平均法計算考慮骨料級配時混凝土的體積模量,不同骨料體積分數的計算結果與試驗結果都很接近。最后分析...
【文章來源】：湘潭大學湖南省
【文章頁數】：67 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
圖１．１混凝土結構??２??
隨機骨料模型通常將骨料等效為圓形或球形。后來，為了更好的??表征混凝土的細觀結構，骨料的形狀逐漸向凸多邊形（或凸多面體）進行演化，??如圖１．３和１．４。采用非線性有限元分析混凝土受拉試件損傷斷裂的過程時，??利用該模型能得到較合理的結果。??ｍ?■??辦秘＿＿??１．３（ａ）圓形骨料?１．３（ｂ）凸多邊形骨料??圖１．３二維隨機骨料模型??１．４（ａ）球形骨料?１．４（ｂ）凸多邊體骨料??圖１．４三維隨機骨料模型??１．４?ＩＴＺ對混凝土力學性能影響的研究現狀??�。蓿保常叮保保郏玻保萃ㄟ^分析出＾（：１１［２２］的試驗數據并與Ｈ－Ｓ［２３］下邊界進行比較發(fā)??現，ＩＴＺ對混凝土的力學性能有顯著影響，指出在計算混凝土有效模量時，??應當將混凝土當作三相復合材料，考慮ＩＴＺ對彈性常數的的影響。??已有很多研究工作集中在ＩＴＺ性能及其對混凝土宏觀力學特性的影響??上。目前，由于難以測定ＩＴＺ的有效模量參數，基本上都是間接研究ＩＴＺ對??砂漿或混凝土力學性能的影響。研究方法大致歸為三類：試驗研究、理論分??析和數值方法，后兩者的研究工作一般需要得到試驗結果的驗證，也可以為??５??
試驗提出參考依據。??１．４．１試驗研究??Ｃａｌｉｓｋａｎ［２４］采用棱柱體推出試驗研宄ＩＴＺ的抗剪強度，如圖１．５；?Ｒａｏ［２５３??進行了雙邊切口軸拉斷裂試驗，發(fā)現ＩＴＺ的斷裂韌度遠低于水泥漿的斷裂初??度；然而八１＾＆１１（１＾［２６］通過試驗表明，ＩＴＺ的斷裂韌度未必低于水泥漿，還??說明了?ＩＴＺ對混凝土楊氏模量的影響很大，發(fā)現不同的類型的骨料對ＩＴＺ的??微觀結構會產生不同的影響。??｜?ＬＯＡＤ??Ｓｔｅｅｌ?Ｒｏｄ?＾???Ｓｔｅｅｌ?Ｗｉｎｇ??４?Ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ?－ｉ￣￣Ｈ??１??Ａｇｇｒｅｇａｔｅ?／?Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ?ＬＶＤＴ??Ｍｏｒｔａｒ?＾??Ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ?＾?■?Ｃｉｒｃｕｌａｒ?Ｂａｓｅ?Ｐｌａｔｅ??Ｐｕｓｈ－ｏｕｔ?Ｈｏｌｅ?．??Ｆｉｘｅｄ－Ｓｔｅｅｌ?／／??Ｂａｓｅ??＼??＿＿＿＿＿?＿＿＿＿＿??圖１．５骨料推出實驗裝置示意圖??伴隨著試驗設備的進步，混凝土細觀力學試驗也得到了進一步完善。目??前，納米壓痕、聲發(fā)射（ＡＥ）、背散射電子（ＢＳＥ）和掃描電子顯微鏡（ＳＥＭ）己??成為研究ＩＴＺ的重要手段。利用這些手段，ＢｏｓｑＵｅ［２７］研究各類再生骨料和ＩＴＺ??的力學特性，分析ＩＴＺ對再生混凝土宏觀力學性能的影響，發(fā)現ＩＴＺ的彈性??模量與混凝土中夾雜物的類型有關；ＶａｒｇａＳ［２８］研究了輕集料的密度、孔隙率、??形態(tài)等物理性質對ＩＴＺ的細觀結構和厚度的影響
【參考文獻】：
期刊論文
[1]骨料級配對二維模型混凝土單軸抗拉強度影響的理論研究[J]. 李冬,金瀏,杜修力,杜敏. 工程力學. 2017(06)
[2]考慮骨料級配的混凝土有效彈性模量預測模型[J]. 李宗利,鄧朝莉,張國輝. 水利學報. 2016(04)
[3]界面過渡區(qū)對混凝土動態(tài)力學行為影響分析[J]. 杜修力,金瀏. 地震工程與工程振動. 2015(01)
[4]混凝土細觀力學性質對宏觀斷裂過程影響的數值試驗[J]. 朱萬成,唐春安,滕錦光,趙文. 三峽大學學報(自然科學版). 2004(01)
[5]二維混凝土隨機骨料模型研究[J]. 高政國,劉光廷. 清華大學學報(自然科學版). 2003(05)
本文編號：3263447
【文章來源】：湘潭大學湖南省
【文章頁數】：67 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
圖１．１混凝土結構??２??
隨機骨料模型通常將骨料等效為圓形或球形。后來，為了更好的??表征混凝土的細觀結構，骨料的形狀逐漸向凸多邊形（或凸多面體）進行演化，??如圖１．３和１．４。采用非線性有限元分析混凝土受拉試件損傷斷裂的過程時，??利用該模型能得到較合理的結果。??ｍ?■??辦秘＿＿??１．３（ａ）圓形骨料?１．３（ｂ）凸多邊形骨料??圖１．３二維隨機骨料模型??１．４（ａ）球形骨料?１．４（ｂ）凸多邊體骨料??圖１．４三維隨機骨料模型??１．４?ＩＴＺ對混凝土力學性能影響的研究現狀??�。蓿保常叮保保郏玻保萃ㄟ^分析出＾（：１１［２２］的試驗數據并與Ｈ－Ｓ［２３］下邊界進行比較發(fā)??現，ＩＴＺ對混凝土的力學性能有顯著影響，指出在計算混凝土有效模量時，??應當將混凝土當作三相復合材料，考慮ＩＴＺ對彈性常數的的影響。??已有很多研究工作集中在ＩＴＺ性能及其對混凝土宏觀力學特性的影響??上。目前，由于難以測定ＩＴＺ的有效模量參數，基本上都是間接研究ＩＴＺ對??砂漿或混凝土力學性能的影響。研究方法大致歸為三類：試驗研究、理論分??析和數值方法，后兩者的研究工作一般需要得到試驗結果的驗證，也可以為??５??
試驗提出參考依據。??１．４．１試驗研究??Ｃａｌｉｓｋａｎ［２４］采用棱柱體推出試驗研宄ＩＴＺ的抗剪強度，如圖１．５；?Ｒａｏ［２５３??進行了雙邊切口軸拉斷裂試驗，發(fā)現ＩＴＺ的斷裂韌度遠低于水泥漿的斷裂初??度；然而八１＾＆１１（１＾［２６］通過試驗表明，ＩＴＺ的斷裂韌度未必低于水泥漿，還??說明了?ＩＴＺ對混凝土楊氏模量的影響很大，發(fā)現不同的類型的骨料對ＩＴＺ的??微觀結構會產生不同的影響。??｜?ＬＯＡＤ??Ｓｔｅｅｌ?Ｒｏｄ?＾???Ｓｔｅｅｌ?Ｗｉｎｇ??４?Ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ?－ｉ￣￣Ｈ??１??Ａｇｇｒｅｇａｔｅ?／?Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ?ＬＶＤＴ??Ｍｏｒｔａｒ?＾??Ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ?＾?■?Ｃｉｒｃｕｌａｒ?Ｂａｓｅ?Ｐｌａｔｅ??Ｐｕｓｈ－ｏｕｔ?Ｈｏｌｅ?．??Ｆｉｘｅｄ－Ｓｔｅｅｌ?／／??Ｂａｓｅ??＼??＿＿＿＿＿?＿＿＿＿＿??圖１．５骨料推出實驗裝置示意圖??伴隨著試驗設備的進步，混凝土細觀力學試驗也得到了進一步完善。目??前，納米壓痕、聲發(fā)射（ＡＥ）、背散射電子（ＢＳＥ）和掃描電子顯微鏡（ＳＥＭ）己??成為研究ＩＴＺ的重要手段。利用這些手段，ＢｏｓｑＵｅ［２７］研究各類再生骨料和ＩＴＺ??的力學特性，分析ＩＴＺ對再生混凝土宏觀力學性能的影響，發(fā)現ＩＴＺ的彈性??模量與混凝土中夾雜物的類型有關；ＶａｒｇａＳ［２８］研究了輕集料的密度、孔隙率、??形態(tài)等物理性質對ＩＴＺ的細觀結構和厚度的影響
【參考文獻】：
期刊論文
[1]骨料級配對二維模型混凝土單軸抗拉強度影響的理論研究[J]. 李冬,金瀏,杜修力,杜敏. 工程力學. 2017(06)
[2]考慮骨料級配的混凝土有效彈性模量預測模型[J]. 李宗利,鄧朝莉,張國輝. 水利學報. 2016(04)
[3]界面過渡區(qū)對混凝土動態(tài)力學行為影響分析[J]. 杜修力,金瀏. 地震工程與工程振動. 2015(01)
[4]混凝土細觀力學性質對宏觀斷裂過程影響的數值試驗[J]. 朱萬成,唐春安,滕錦光,趙文. 三峽大學學報(自然科學版). 2004(01)
[5]二維混凝土隨機骨料模型研究[J]. 高政國,劉光廷. 清華大學學報(自然科學版). 2003(05)
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