基于細觀模型的混凝土開裂過程數(shù)值研究.pdf

1、混凝土是一種非常復(fù)雜的多相復(fù)合材料,它的力學性質(zhì)依賴于其不同組分各自的力學性能。同時,混凝土內(nèi)部構(gòu)造又顯著地影響著裂紋的萌生和發(fā)展。所以用細觀層次上的研究方法,將混凝土材料看成是一種非均勻的混合材料成為了研究混凝土各方面性能的有力手段。正是基于這個想法,本文致力于提出一種模擬混凝土開裂行為的數(shù)值方法,其關(guān)注點是混凝土內(nèi)部細觀結(jié)構(gòu)的模擬以及材料準脆性力學性能的本質(zhì)。
　　 在細觀層次上,混凝土被視為是由骨料、砂漿以及它們之間的界面

2、過渡區(qū)(ITZ)組成的三相復(fù)合材料。本文通過建立骨料顆粒結(jié)構(gòu)來模擬混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu),骨料擁有多邊形或者多面體形狀,它們被均勻的砂漿基質(zhì)包裹著。
　　 本文提出了一種細觀粘結(jié)模型,對建立的擁有細觀材料結(jié)構(gòu)的數(shù)值試件進行常規(guī)有限元網(wǎng)格劃分,并在該網(wǎng)格中插入一層粘結(jié)單元來表示裂縫開展的潛在路徑。賦予粘結(jié)單元某種非線性的牽引力一分離本構(gòu)關(guān)系,這樣混凝土材料的開裂行為便可以重現(xiàn)。為了避免收斂性難題,采用了通用有限元程序ABAQUS/Exp

3、licit中的一種動力顯式算法來求解這種高度非線性問題。
　　 用提出的細觀粘結(jié)模型模擬了立方體試件在軸拉、劈裂以及軸壓三種荷載下的力學行為,得到了相當真實的力學響應(yīng)、裂縫開展過程和最終破壞形態(tài)。在此基礎(chǔ)上研究了加載速度、骨料體積含量以及隨機力學參數(shù)對軸拉力學響應(yīng)的影響。并通過劈裂試驗研究了骨料粒徑對裂縫過程區(qū)尺寸大小的影響。
　　 最后,對細觀粘結(jié)模型進行了三維擴展,模擬了三維狀態(tài)下的軸拉試驗。得到了與二維相似的力學行