基于统计损伤理论的混凝土试验研究及数值模拟

来源 :华北水利水电大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liu7605136
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混凝土的出现对社会发展产生了巨大的影响,生活中处处都有混凝土的影子,其作为世界上应用最广泛的建筑材料,了解它的内在受力特性显得尤为必要。并且由于工程实际需要,衍生出了各式各样的混凝土,比如防辐射混凝土、聚合物混凝土、纤维混凝土、抗渗混凝土等。由此看来,混凝土的特性较为复杂,改变成分的含量、添加外加剂、引入掺合料或者采用不同的搅拌方式等,均对混凝土的力学性能有较大影响。混凝土本构模型作为一种可表征混凝土特性关系的力学方程,它的发展和研究对认识和了解混凝土有着极大的帮助。此外在倡导绿色发展的大背景下,对再生骨料混凝土(RAC)的研究也逐渐被重视起来。随着计算机行业的发展,各种与工程相关的有限元应用软件相继出现,能比较方便地为工程构想与实施提供数据基础和理论判断。本文基于混凝土统计损伤理论,同时进行了试验研究和数值模拟,主要内容如下:(1)将损伤演化诱致灾变理论和损伤基本假定作为统计损伤理论的基础,分别建立单轴拉伸和压缩下的统计损伤本构模型,对强度等级为C20~C80的混凝土应力-应变曲线进行了模拟预测,来验证模型的合理性与适用性,分析了混凝土单轴状态下的细观损伤演化机制。结果表明:所建立模型可以预测不同强度等级混凝土的单轴拉伸、压缩宏观应力-应变行为,强度等级的提高对混凝土细观损伤演化过程的影响较为明显,表征细观断裂和屈服损伤演化过程的特征参数展现出规律性的变化趋势。(2)考虑硅粉掺量S=0%、5%、9%的三组RAC试件,研究了其在10-5/s~10-2/s应变率范围内的单轴动态压缩力学行为,分析了相关力学性能的变化规律,利用统计损伤理论讨论了硅粉和应变率影响下的细观损伤机制,并通过声发射、扫描电镜和核磁共振试验对结果进行评估。结果表明:硅粉能够改善RAC的微观结构,应变率效应改变了细观断裂和屈服损伤的累积演化过程,随着硅粉掺量和应变率的增大,RAC的宏观力学性能得到增强。另外声发射的结果可以作为模型临界状态位置的有力证明。(3)以单轴本构模型为基础,应用混凝土三维统计损伤本构模型,与ANSYS结合建立了考虑强度等级、缝高比、弹模非均质的混凝土三点弯曲梁,研究了不同条件下对梁细观以及宏观的破坏机制。结果表明:三维统计损伤本构模型能够很好地将三点弯曲梁的细观损伤演化和宏观力学行为联系起来。梁的极限荷载与强度等级成正比,与缝高比成反比,本文的非均质设定并没有对梁的力学行为产生较大影响。
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