陶粒混凝土损伤破坏行为的细观建模分析

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混凝土作为一种广泛使用的建筑材料,其力学性能直接关系到建筑结构的安全性。近年来环保成为建筑工程中普遍呼吁的发展趋势,由于陶粒混凝土材料的广泛应用可以实现资源的循环利用,达到节能减排以及低碳发展的作用,因此陶粒混凝土作为新型绿色材料得到广泛的关注。而陶粒作为一种抗拉强度较低的材料,其力学性能不像碎石骨料,裂纹往往由陶粒中萌生进而扩展。因此开展混凝土及陶粒混凝土的力学性能的研究便尤为重要。本文以混凝土和陶粒混凝土为研究对象,利用MATLAB语言建立了两种材料试件的格构(Lattice)模型,在此模型的基础上进行数值模拟。利用混凝土试件Lattice模型的数值模拟结果验证了本Lattice模型的合理性及优势,进而通过该模型研究了陶粒混凝土试件细观结构的变化对其损伤破坏行为的影响。本文的主要工作有:1.基于Lattice模型理论,利用MATLAB语言建立了非均质材料Lattice模型,完成了单元的连接以及随机骨料的投放,随机骨料包括圆形随机骨料及多边形随机骨料。该模型考虑了非均质材料建模中的无序性,包括几何网格的无序性以及内部材料的无序性。2.利用MATLAB编写数值模拟计算代码,应用于本文中所有Lattice模型的数值模拟中。计算了混凝土试件中的骨料级配,生成了骨料的界面过渡区(ITZ),结合非均质材料Lattice模型的建模方法,建立了混凝土试件Lattice模型。对不开口及开口的混凝土试件Lattice模型进行三点弯曲数值模拟,模拟了混凝土试件损伤破坏的全过程,得出了完整的荷载-位移曲线;与试验结果进行对比,验证了本Lattice模型的合理性。建立了混凝土试件FEM模型并进行模拟计算,验证了Lattice模型在模拟材料拉伸破坏时的优势。研究了骨料分布的变化对混凝土试件损伤破坏行为的影响。3.确定了陶粒混凝土中各相材料力学参数,结合非均质材料Lattice模型建模方法,建立了陶粒混凝土试件的Lattice模型,与实际陶粒混凝土试件剖面图进行对比,结果表明论文所建立的陶粒混凝土试件的Lattice模型能够合理地反映陶粒骨料在陶粒混凝土试件内部的分布。4.对陶粒混凝土试件Lattice模型进行三点弯曲数值模拟,模拟了陶粒混凝土试件的损伤演化过程,分析了陶粒混凝土试件与混凝土试件损伤演化过程的区别。5.分析了陶粒骨料位置的随机性、陶粒骨料粒径的大小以及陶粒骨料的体积分数等因素对陶粒混凝土损伤破坏行为的影响。建立了L型陶粒混凝土试件Lattice模型,研究了该形状试件的损伤破坏行为,进一步验证了本Lattice模型的合理性。
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