混凝土是一種用途廣泛的多相復(fù)合材料,研究其在外載作用下的破損行為對工程應(yīng)用領(lǐng)域及其重要。過去大多數(shù)是把混凝土當(dāng)作均質(zhì)材料,通過實驗來研究其各種力學(xué)性能,該方法成本較高,周期較長。本文將混凝土視為骨料、砂漿基質(zhì)及其二者之間的界面過渡區(qū)組成的多相復(fù)合材料,建立混凝土細(xì)觀數(shù)值模型,在細(xì)觀層面上對混凝土的破損行為進(jìn)行研究。所做的工作如下:(1)將富勒級配曲線與瓦拉文公式相結(jié)合,將確定三維混凝土試件中骨料顆粒數(shù)量的方法應(yīng)用到二維混凝土試件中,利用matlab軟件編制了不同級配的骨料投放生成程序,為實現(xiàn)混凝土細(xì)觀建模奠定了基礎(chǔ);(2)基于對粘聚力模型的理解,本文引入雙線性粘聚力模型的牽引-分離曲線來描述細(xì)觀層面上混凝土內(nèi)骨料和砂漿基質(zhì)間以及砂漿基質(zhì)與砂漿基質(zhì)間界面的本構(gòu)關(guān)系,并結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn),確定了本構(gòu)模型中的參數(shù),利用matlab軟件編制了生成粘聚力單元的程序,并將其融合到有限元分析軟件中;(3)根據(jù)編制的骨料投放程序,生成了不同級配的混凝土細(xì)觀模型,并利用編制程序在骨料-砂漿基質(zhì)界面和砂漿基質(zhì)-砂漿基質(zhì)界面分別插入粘聚力單元,研究了骨料體積含量及試件尺寸對抗拉強(qiáng)度的影響,結(jié)果表明隨著骨料體積含量及試件尺寸的增加,試件內(nèi)的界面過渡區(qū)也隨之增加,導(dǎo)致抗拉強(qiáng)度逐漸降低,這說明混凝土抗拉強(qiáng)度主要由界面過渡區(qū)所決定,同時也證明本文所提出的利用粘聚力模型對細(xì)觀混凝土材料進(jìn)行分析具有可行性;(4)根據(jù)本文給出的混凝土細(xì)觀建模方法,建立了彎曲梁數(shù)值分析的跨尺度計算模型,研究了兩種類型三點彎曲梁破壞過程中構(gòu)件的應(yīng)力和裂紋的演化情況,結(jié)果表明當(dāng)起始裂紋為梁高的0.25倍時,引起的應(yīng)力集中系數(shù)為k=0.97;研究了四點彎曲梁的破壞過程,根據(jù)數(shù)值模擬得出的極限承載力計算出混凝土梁的彎拉強(qiáng)度,與已有實驗結(jié)果相比,差值為4.65%。這說明本文所建立的混凝土細(xì)觀分析方法能夠較好的體現(xiàn)混凝土的力學(xué)性能和細(xì)觀層面上的破壞過程。
【學(xué)位單位】：華北水利水電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TU528
【部分圖文】：

華北水利水電大學(xué)碩士學(xué)位論文認(rèn)識了不同層次下結(jié)構(gòu)間的相互作用和聯(lián)系，對混凝土材料的力學(xué)性能也有了更加全面的認(rèn)識�；炷敛牧献鳛橐环N用途廣泛的非勻質(zhì)多相復(fù)合材料，其由石子、水泥、砂、水作為基本材料，特殊情況下?lián)饺氲V物摻合料以及化學(xué)外加劑，按一定比例組合，經(jīng)過一系列加工而生產(chǎn)出來。根據(jù)混凝土內(nèi)部的結(jié)構(gòu)可以認(rèn)為其是一種可在多尺度下進(jìn)行研究的多相復(fù)合材料。目前普遍把混凝土分為宏觀尺度、細(xì)觀尺度以及微觀尺度三個層次進(jìn)行研究，不同尺度的大致劃分如圖 1-1 所示，1989 年，Wittmann[2]首次將宏-細(xì)-微三種尺度的概念應(yīng)用到混凝土材料研究領(lǐng)域。

一方面來看也阻礙了裂紋的擴(kuò)展進(jìn)度，砂漿基質(zhì)是另外兩相的母體，因此其對裂紋的擴(kuò)展也有決定性的作用。不同的學(xué)者基于對該概念的理解提出了各種混凝土細(xì)觀力學(xué)模型。下面介紹常用的幾種有限元細(xì)觀數(shù)值模型[4]：1.3.1 網(wǎng)格模型網(wǎng)格模型首先被 Schlangen 和 Van Mier[5-8]用來模擬混凝土的斷裂和漸近損傷過程。該模型首先將連續(xù)體分解為四邊形網(wǎng)格或者三角形網(wǎng)格，網(wǎng)格一般由梁單元或桿單元組成，然后將混凝土細(xì)觀各組分投影到網(wǎng)格上,接著根據(jù)細(xì)觀各組分的分布，為網(wǎng)格上的梁單元賦予不同的力學(xué)參數(shù)，最后根據(jù)相應(yīng)的強(qiáng)度準(zhǔn)則來模擬混凝土的破壞過程，即梁單元的應(yīng)力如果超過強(qiáng)度準(zhǔn)則所規(guī)定的值，則判斷該梁單元失效，然后將其剔除。網(wǎng)格模型在模擬混凝土受拉引起的斷裂破壞過程時取得了較為理想的結(jié)果，但是在模擬由于受壓引起的混凝土破壞過程時，結(jié)果并不令人滿意，并且用該模型得到的應(yīng)力-應(yīng)變曲線表現(xiàn)出來混凝土的脆性要比實際上的更大，研究人員認(rèn)為引起這種情況的原因是該模型忽視了混凝土里面的較小顆粒以及用二維數(shù)值模型來模擬三維結(jié)構(gòu)，網(wǎng)格模型如圖 1-2所示。

一方面來看也阻礙了裂紋的擴(kuò)展進(jìn)度，砂漿基質(zhì)是另外兩相的母體，因此其對裂紋的擴(kuò)展也有決定性的作用。不同的學(xué)者基于對該概念的理解提出了各種混凝土細(xì)觀力學(xué)模型。下面介紹常用的幾種有限元細(xì)觀數(shù)值模型[4]：1.3.1 網(wǎng)格模型網(wǎng)格模型首先被 Schlangen 和 Van Mier[5-8]用來模擬混凝土的斷裂和漸近損傷過程。該模型首先將連續(xù)體分解為四邊形網(wǎng)格或者三角形網(wǎng)格，網(wǎng)格一般由梁單元或桿單元組成，然后將混凝土細(xì)觀各組分投影到網(wǎng)格上,接著根據(jù)細(xì)觀各組分的分布，為網(wǎng)格上的梁單元賦予不同的力學(xué)參數(shù)，最后根據(jù)相應(yīng)的強(qiáng)度準(zhǔn)則來模擬混凝土的破壞過程，即梁單元的應(yīng)力如果超過強(qiáng)度準(zhǔn)則所規(guī)定的值，則判斷該梁單元失效，然后將其剔除。網(wǎng)格模型在模擬混凝土受拉引起的斷裂破壞過程時取得了較為理想的結(jié)果，但是在模擬由于受壓引起的混凝土破壞過程時，結(jié)果并不令人滿意，并且用該模型得到的應(yīng)力-應(yīng)變曲線表現(xiàn)出來混凝土的脆性要比實際上的更大，研究人員認(rèn)為引起這種情況的原因是該模型忽視了混凝土里面的較小顆粒以及用二維數(shù)值模型來模擬三維結(jié)構(gòu)，網(wǎng)格模型如圖 1-2所示。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前9條

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3 李杰;任曉丹;;混凝土隨機(jī)損傷力學(xué)研究進(jìn)展[J];建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報;2014年04期

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相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

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相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 劉強(qiáng);基于隨機(jī)骨料模型的混凝土細(xì)觀損傷與宏觀強(qiáng)度研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2005年

本文編號：2831389