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本文在综述混凝土损伤演化研究和协同学理论及其应用的基础上,运用协同学理论和方法研究了混凝土受载条件下的损伤演化问题。包括:针对混凝土的非连续特征的混凝土受力分析;混凝土热弹性不稳定性分析;混凝土损伤演化的相变分析和混凝土声发射的协同效应。
基于混凝土的非连续性特征,将其视为由界面分割的离散单元组成,研究界面之间的粗集料、水泥石构成的块体间的相互作用。运用协同学的微观处理方法,建立以块体相对于平衡位置的位移为序参量的主方程。通过对主方程非定态解的分析,说明了块体位移的变化特征与相关因素。
结合相变理论,以混凝土裂纹的平均取向为序参量,研究了混凝土受载过程中的相变行为及序参量的演化规律。通过类比的方法,在考虑涨落的情况下利用势函数与序参量之间的关系研究了系统的相变特征,对混凝土损伤演化过程中相应的相变行为进行了描述。
利用协同学的基本原理,对混凝土声发射现象进行了探索性的研究。以声发射事件计数率作为混凝土破坏过程的序参量,对混凝土声发射过程进行描述,讨论了在荷载作用下混凝土声发射行为的协同特征。应用RFPA-2D软件对混凝土声发射进行数值模拟,并将理论分析结果和混凝土声发射的数值分析进行对照,首次应用数值模拟的方法验证了混凝土声发射的协同效应,进一步证实了本文研究结果的准确性和利用协同学研究混凝土声发射的可行性。
基于协同学基本原理,对混凝土损伤演化的自组织过程进行了初步的探讨,给出了利用Hurwitz判据求得混凝土材料弹性极限应变的途径。通过对混凝土损伤自组织过程的研究,认识混凝土破坏的相关因素和破坏过程的发生机制,为改善混凝土的力学性能和研制高性能混凝土材料提供理论依据。
在基本理论研究的基础上,通过论述混凝土工程中与本研究有关的应用实践,进一步指明本研究成果的可能应用方向。
通过本文的研究,希望能找到一条研究混凝土损伤演化的新的途径,从本质上揭示混凝土损伤演化的机理和规律,从而为混凝土的损伤检测及加固、高性能混凝土的研制、Ⅰ混凝土构件破坏预测和安全评估等问题的研究提供科学依据。