本文關(guān)鍵詞：基于格構(gòu)模型的三維多尺度混凝土受拉斷裂過程數(shù)值模擬

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【摘要】：離子在受損混凝土中運輸性能是研究混凝土耐久性的一個關(guān)注重點問題。為了方便混凝土受損后氯離子的輸運性能進行研究,利用格構(gòu)模型可以同時模擬斷裂和離子傳輸?shù)奶攸c,本文主要通過建立出混凝土各個尺度下的受拉斷裂數(shù)值模型,分析混凝土各尺度下斷裂過程中的裂縫發(fā)展情況。主要研究內(nèi)容為界面過渡區(qū)模型的建立,水泥石,砂漿和混凝土在受拉應(yīng)變作用下斷裂開展情況和承載力峰值研究。利用多尺度方法對水泥石與砂漿以及砂漿與粗骨料之間的界面過渡區(qū)進行了分析,得到基于本模型的受力本構(gòu),并將其引用到高階的模型中,作為整個格構(gòu)模型的主要特點來進行分析。本文結(jié)合混凝土數(shù)值模型和三維隨機格構(gòu)有限元模型及隨機骨料模型對混凝土受拉進行了深入探討,主要研究內(nèi)容及成果如下:1)建立不同尺度下的混凝土模型,包括:在微觀尺度利用HYMOSTRUC3D構(gòu)建了基于其水化模型的非均質(zhì)水泥石格構(gòu)模型,并從受力方向按角度進行細分的界面過渡區(qū)模型,來解決了一般混凝土模型對界面單元僅降低強度的簡單處理;在細觀尺度利用隨機骨料模型為基礎(chǔ)構(gòu)建了引入上一尺度的界面過渡區(qū)強度的砂漿格構(gòu)模型和混凝土格構(gòu)模型,及加入骨料水泥石比例影響的界面過渡區(qū)模型。2)在MATLAB中編程完成隨機骨料投放算法,并獲取骨料占比為40-45%的球形隨機骨料模型,并基于稀疏矩陣和分塊矩陣來存儲模型信息,完成預(yù)處理共軛梯度法算法應(yīng)用于模型受力計算,構(gòu)建出可以計算實現(xiàn)的超大型格構(gòu)體系的有限元分析程序。3)簡化格構(gòu)斷裂模型的分析步驟,將普通格構(gòu)模型桿件逐一斷裂來獲取應(yīng)變等參數(shù)改為直接施加應(yīng)變來剔除該步驟下斷裂桿件,節(jié)省計算時間;得到相應(yīng)的應(yīng)變與受力及斷裂程度的關(guān)系。分析結(jié)果上看,以步長為加載步驟的模擬結(jié)果較預(yù)期偏大但在可接受范圍內(nèi),隨步長越大,計算結(jié)果也越大。4)模型模擬了軸向受拉時水泥石、砂漿、混凝土及相應(yīng)界面過渡區(qū)的裂縫發(fā)展過程和空間分布,從獲取的格構(gòu)模型斷裂圖中可以看出,各模型皆經(jīng)歷了微小應(yīng)變下無斷裂開展,彈性階段微小缺陷開始出現(xiàn),受力不斷增加裂縫逐漸長大,受力峰值過后裂縫迅速開展并連通的過程。特別的,對于界面過渡區(qū)模型的斷裂展開都基本發(fā)生于界面處并表現(xiàn)出向砂漿部分?jǐn)U展的趨勢。
【關(guān)鍵詞】：混凝土 多尺度 格構(gòu)模型 受拉斷裂 界面過渡區(qū)
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TU528
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 緒論8-17
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義8-9
• 1.2 混凝土模型結(jié)構(gòu)9-10
• 1.3 混凝土各尺度模型大小10-13
• 1.3.1 水泥基材料多尺度理論10-12
• 1.3.2 均質(zhì)理論12-13
• 1.4 格構(gòu)模型13-14
• 1.5 界面過渡區(qū)14-16
• 1.6 本文的主要研究內(nèi)容16-17
• 第2章 格構(gòu)模型斷裂分析過程的建立17-24
• 2.1 引言17
• 2.2 模型剛度矩陣17-19
• 2.2.1 單元剛度矩陣17-18
• 2.2.2 總體剛度矩陣矩陣分塊18-19
• 2.3 邊界條件19
• 2.4 斷裂準(zhǔn)則19
• 2.5 求解過程19-23
• 2.5.1 格構(gòu)模型斷裂過程19-20
• 2.5.2 簡化斷裂流程20-23
• 2.6 本章小結(jié)23-24
• 第3章 混凝土隨機格構(gòu)模型的構(gòu)建24-39
• 3.1 引言24-25
• 3.2 微觀幾何模型構(gòu)建25-31
• 3.2.1 HYMOSTRUC3D的應(yīng)用25-26
• 3.2.2 自由度與單元空間劃分26-28
• 3.2.3 水泥石模型與界面過渡區(qū)模型構(gòu)成28-31
• 3.3 格構(gòu)模型建立31-32
• 3.3.1 微觀模型單元定義31-32
• 3.3.2 微觀模型物理參數(shù)賦值32
• 3.4 細觀幾何模型構(gòu)建32-36
• 3.4.1 隨機骨料模型32-35
• 3.4.2 細觀界面過渡區(qū)模型35-36
• 3.5 格構(gòu)模型建立36-37
• 3.5.1 細觀模型單元分類與定義36-37
• 3.5.2 細觀模型物理參數(shù)賦值37
• 3.6 本章小結(jié)37-39
• 第4章 不同尺度混凝土斷裂過程計算結(jié)果分析39-58
• 4.1 引言39
• 4.2 水泥石39-45
• 4.3 水泥石與細骨料界面過渡區(qū)45-51
• 4.4 砂漿51-54
• 4.5 砂漿與粗骨料界面過渡區(qū)54-55
• 4.6 混凝土55-56
• 4.7 本章小結(jié)56-58
• 結(jié)論58-60
• 參考文獻60-66
• 致謝66-67
• 個人簡歷67

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本文編號：920336