基于多裂缝开裂和应变硬化的两大独特优势,工程水泥基复合材料(ECC)受到各方面研究者的关注。相比于混凝土材料,粗骨料的去除以及纤维的加入使得ECC具有优越的延性,该材料也更多的被应用于受拉构件及结构。当ECC材料作为梁结构时,由于拉伸作用下纤维与基体的黏结作用以及压应力作用下极弱的纤维作用,使得受压区的纤维既不能充分发挥出应有的作用,同时也浪费了纤维,造成成本增加。因此,为了节约纤维用量,减少成本支出,我们提出了一种功能梯度ECC(FGECC)结构,并且将在本文讨论其动态断裂行为。近场动力学理论是一种非局部理论,与诸如有限元等传统数值分析方法相比,其在解决非连续性问题有较大的优势,且对于存在诸如初始裂缝与空隙缺陷的问题,该理论也能给出精确的解答。ECC为纤维增强复合材料,本文针对该复合材料构建了相应的PD理论模型,介绍了两种熟悉的建模方法:全离散和半离散,但基于计算效率和精度的考虑,最终以考虑纤维/基体相互作用的半离散模型为理论支持来研究复合材料动态断裂下的裂缝扩展行为。考虑到水泥基体的软化特性,引入了PD“键”的损伤系数,以精确模拟结果。另外,为了验算PD复合结构模型的合理性,依据实验条件进行了相应的模拟,其模拟结果与实验的裂缝扩展形式大致吻合。本文将应用复合材料的半离散PD模型,模拟含有初始缺陷梯度ECC结构的断裂行为,涉及到的主要内容与相应的结论概括如下:(1)首先对裂缝扩展的收敛性进行分析,以尺寸为100 mm×40 mm的无纤维水泥基体板为例,模拟并对比了两种收敛因素(m和δ)下的结果,根据模拟结果中裂缝扩展的稳定性趋势以及基于时间成本的考虑,选用了合适的近场值,即m=4,δ=1.6 mm;(2)以二维FGECC悬臂板为结构模型,研究了该试件在横向拉伸作用下缺口的存在对试件开裂及裂缝扩展的影响,并考虑了两种缺口类型:单缺口和边缘对称缺口,结论显示:当缺口存在于纤维含量最大层时,缺口对试件开裂的影响较大,敏感性较高,反之则影响较弱,敏感性较低。另外,对于含有边缘对称缺口的试件,纤维含量的梯度较大,初始裂缝越集中于无纤维层,而足量的纤维也是保证多缝开裂的一个前提因素;(3)对于无初始缺陷的二维FGECC梁模型,减少上层纤维含量的试件相较过之前,其裂缝扩展较快,但裂缝数量相差不大;当存在圆形空隙时,空隙尺寸与高度的比例超过12%时,便会出现单一裂缝的脆性破坏,纤维的总体积率达到2%时,试件开裂形式为明显的多缝形式,且当载荷越大,已经开始出现明显的局部损伤;当含有初始裂缝时,位于纯弯曲段的初始裂缝表现出较明显的应力集中,且以初始裂缝扩展为主;