基于擴展有限元法的混凝土裂紋擴展數(shù)值模擬.pdf

1、混凝土材料的失效破壞過程可以看成是裂紋的萌生、擴展到材料完全破壞的全過程，研究該過程對了解混凝土的破壞機理具有重要意義。
　　 為了研究該過程，本文首先采用試驗的手段，進行了混凝土立方體抗壓強度和三點彎曲梁試驗。試驗過程中觀測到了裂紋的擴展過程，得到了荷載-裂縫開口位移(P-CMOD)曲線、荷載-撓度曲線(P-δ)、裂紋長度和荷載以及裂紋張開口位移三者之間的關系曲線，通過對試驗結果的分析發(fā)現(xiàn)混凝土裂紋擴展全過程經(jīng)歷了混凝土試件的

2、彈性變形階段、裂紋的穩(wěn)定擴展階段、裂紋的失穩(wěn)斷裂階段和裂紋停止擴展階段四個階段，其中在裂紋的穩(wěn)定擴展階段找到了裂紋萌生的區(qū)域。
　　 在試驗的基礎上，本文首先將混凝土考慮為均質材料并對混凝土裂紋擴展進行了數(shù)值模擬，模擬中采用了擴展有限元方法，該方法是近年來發(fā)展起來的解決以裂紋為代表的不連續(xù)力學問題的數(shù)值方法，其保留了常規(guī)有限元所有的優(yōu)點，模擬裂紋開裂時無需在裂紋尖端劃分密集網(wǎng)格，模擬裂紋擴展時也無需進行網(wǎng)格重新劃分。基于上述優(yōu)點

3、，本文按照試驗中試件的實際尺寸和材料模型進行了混凝土三點彎曲梁裂紋擴展的數(shù)值模擬，計算結果與試驗結果的對比顯示兩者符合較好，驗證了數(shù)值模擬的有效性，數(shù)值模擬中對裂紋動態(tài)模擬的過程也體現(xiàn)出了擴展有限元在混凝土裂紋擴展數(shù)值模擬方面的優(yōu)越性。
　　 為了進一步研究考慮骨料影響情況下的混凝土裂紋萌生、擴展到材料最終破壞的全過程，本文將混凝土看成是由砂漿、粗骨料、和它們之間的粘結帶組成的三相非均質復合材料，采用最優(yōu)級配公式和自行編寫的隨機

4、骨料投放程序建立了混凝土二維隨機骨料模型，通過擴展有限元方法對混凝土簡支梁隨機骨料有限元模型進行數(shù)值模擬，計算得到了裂紋萌生、擴展至整個試件完全破壞全過程的損傷圖和變形圖，結果顯示由于將混凝土看成是非均質復合材料，裂紋的擴展路徑更接近于試驗結果，而與混凝土宏觀裂紋數(shù)值模擬結果的對比也顯示將混凝土看成是非均質材料更具有合理性。此外，改變骨料相的材料參數(shù)進行數(shù)值模擬后發(fā)現(xiàn)，骨料的抗拉強度對裂紋萌生、擴展以及最終的裂紋整體形態(tài)有很顯著的影響。