本文關(guān)鍵詞：基于多尺度理論的混凝土宏—細(xì)觀力學(xué)特性，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：混凝土作為一種重要的典型多相非均質(zhì)建筑材料,已廣泛應(yīng)用于高層建筑、地下廠房、大壩和核電站等工業(yè)與民用建筑中,對(duì)其細(xì)觀組成結(jié)構(gòu)的研究可以從本質(zhì)機(jī)理上闡釋其對(duì)外荷載的宏觀力學(xué)性能。伴隨著計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)的進(jìn)步和細(xì)觀力學(xué)研究的深入,在細(xì)觀層次上研究混凝土的損傷破壞機(jī)理已經(jīng)成為大家廣為關(guān)注的重點(diǎn)。材料的宏觀性能與其細(xì)觀結(jié)構(gòu)、組成之間存在著緊密的內(nèi)在聯(lián)系,深入了解混凝土材料物理特性及其宏觀破壞機(jī)理,充分掌握和分析其細(xì)觀結(jié)構(gòu)變化具有關(guān)鍵作用。本文依托國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(41430642)、國家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目(51108207)、凍土工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金(SKLFSE201514)和中國博士后科學(xué)基金項(xiàng)目(2015M581403)的資助,把混凝土看成是由骨料、砂漿及其交界面組成的三相復(fù)合材料,按細(xì)觀-宏觀層次,從整體到局部,以多尺度方法為理論工具,對(duì)混凝土材料參數(shù)進(jìn)行理論分析、細(xì)觀數(shù)值模擬試驗(yàn)和宏觀力學(xué)試驗(yàn),研究材混凝土材料的細(xì)觀與宏觀等效參數(shù)之間的數(shù)學(xué)聯(lián)系。1、本文基于有限元方法,建立了混凝土多相細(xì)觀力學(xué)隨機(jī)骨料數(shù)值模型,包括隨機(jī)骨料的生長、投放與骨料、砂漿、界面三相介質(zhì)坐標(biāo)定位等預(yù)處理過程,在有限元顯示解法過程中,引入了標(biāo)量損傷本構(gòu)關(guān)系。2、根據(jù)已有的細(xì)觀力學(xué)模型,提出了一種高效的骨料投放方法和相應(yīng)的確定骨料位置的狀態(tài)矩陣法,將預(yù)處理效率提高了23%,在混凝土多相觀損傷力學(xué)模型中引入了非線性損傷軟化本構(gòu)關(guān)系。3、基于均勻化理論及多尺度有限元方法,對(duì)細(xì)觀層次由砂漿、骨料及其交界面組成的混凝土材料進(jìn)行了宏細(xì)觀力學(xué)性能研究,探討了元細(xì)胞尺寸對(duì)混凝土等效宏觀力學(xué)參數(shù)的影響,結(jié)果表明,多尺度方法可以準(zhǔn)確計(jì)算混凝土的宏觀等效力學(xué)參數(shù)。4、通過C20和C30混凝土材料的宏觀靜態(tài)壓縮試驗(yàn),研究了粗骨料含量、混凝土基體類型及骨料粒徑大小對(duì)混凝土材料宏觀力學(xué)等效參數(shù)的影響,為反求混凝土細(xì)觀交界面等效參數(shù)提供了真實(shí)有效的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。試驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)粗骨料含量增加時(shí),混凝土的抗壓強(qiáng)度和宏觀等效彈性模量也相應(yīng)地提高,且抗壓強(qiáng)度的增長速度低于彈性模量的增長速度,然而當(dāng)粗骨料含量低于30%時(shí),混凝土的抗壓強(qiáng)度要低于基體的強(qiáng)度。5、基于改進(jìn)的同倫算法,對(duì)細(xì)觀混凝土過渡區(qū)界面的彈性模量進(jìn)行了識(shí)別和反求,結(jié)果表明不考慮砂漿與骨料交界面的影響時(shí),所求的混凝土宏觀等效彈性模量偏高;視交界面厚度為0.1mm時(shí),所求的混凝土宏觀等效彈性模量與試驗(yàn)所測宏觀彈性模量誤差在10%以內(nèi)。所以,建立混凝土數(shù)值骨料模型時(shí),將交界面視為一相材料是很有必要的。
【關(guān)鍵詞】：混凝土 隨機(jī)骨料模型 多尺度理論 宏-細(xì)觀 同倫算法
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TU528
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-16
• 1.1 論文的研究背景及意義10
• 1.2 混凝土宏-細(xì)觀力學(xué)特性的研究現(xiàn)狀10-14
• 1.2.1 混凝土力學(xué)行為的研究方法10-12
• 1.2.2 細(xì)觀數(shù)值模擬預(yù)處理方法的研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3 多尺度理論的研究現(xiàn)狀14
• 1.4 本論文主要研究內(nèi)容14-16
• 第2章 混凝土數(shù)值隨機(jī)骨料分布研究16-33
• 2.1 概述16
• 2.2 隨機(jī)變量及其產(chǎn)生方法16-17
• 2.2.1 蒙特卡羅方法簡介16
• 2.2.2 隨機(jī)數(shù)列及遞推公式16-17
• 2.3 隨機(jī)骨料的生長17-18
• 2.4 分層擺放法預(yù)處理18-26
• 2.4.1 隨機(jī)骨料的投放18-21
• 2.4.2 三相材料網(wǎng)格坐標(biāo)的形成21-26
• 2.5 混凝土細(xì)觀三相介質(zhì)識(shí)別26-27
• 2.6 細(xì)觀層次損傷斷裂模型27-29
• 2.6.1 基本思路27
• 2.6.2 細(xì)觀單元的損傷應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系27-29
• 2.7 非線性損傷斷裂分析的有限元法29-32
• 2.7.1 有限元隱式解法29-31
• 2.7.2 有限元顯式解法31-32
• 2.8 本章小結(jié)32-33
• 第3章 多尺度理論求解混凝土宏-細(xì)觀力學(xué)參數(shù)33-58
• 3.1 概述33
• 3.2 均勻化理論33-35
• 3.3 彈性問題的均勻化理論35-40
• 3.4 均勻化方程的理論解40-41
• 3.5 均勻化理論的數(shù)值解41-49
• 3.5.1 有限元的基本方程41-45
• 3.5.2 周期性邊界條件的分解45-49
• 3.6 算例分析49-57
• 3.6.1 元細(xì)胞尺寸對(duì)混凝土宏觀參數(shù)的影響49-57
• 3.7 本章小結(jié)57-58
• 第4章 混凝土宏觀力學(xué)性能試驗(yàn)研究58-66
• 4.1 概述58
• 4.2 材料及試樣的制備58-60
• 4.2.1 原材料58-59
• 4.2.2 基體配合比59-60
• 4.2.3 試件澆筑流程60
• 4.3 靜態(tài)壓縮試驗(yàn)60-65
• 4.3.1 試驗(yàn)裝置60-61
• 4.3.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析61-65
• 4.4 本章小結(jié)65-66
• 第5章 基于混合反演理論求解細(xì)觀混凝土交界面彈性模量66-74
• 5.1 概述66
• 5.2 曲線預(yù)估同倫反演方法66-70
• 5.2.1 同倫反演基本理論66-69
• 5.2.2 改進(jìn)的同倫方法69-70
• 5.3 基于壓縮試驗(yàn)和改進(jìn)同倫算法求解界面過渡區(qū)彈性模量70-73
• 5.3.1 混凝土三相介質(zhì)數(shù)值模型的建立71
• 5.3.2 界面過渡區(qū)數(shù)學(xué)模型的建立71-73
• 5.4 本章小結(jié)73-74
• 第6章 結(jié)論與展望74-77
• 6.1 本文工作的總結(jié)74-75
• 6.2 研究前景與展望75-77
• 參考文獻(xiàn)77-84
• 攻讀碩士期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及取得的科研成果84-85
• 致謝85

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