考慮初始缺陷的混凝土細(xì)觀單軸拉伸數(shù)值模擬.pdf

1、混凝土材料力學(xué)性能較為復(fù)雜，其組成成分對(duì)混凝土的整體力學(xué)性能影響更為明顯。通過(guò)基礎(chǔ)力學(xué)試驗(yàn)可以較好的測(cè)出混凝土相關(guān)力學(xué)參數(shù)。但是由于條件限制，其試驗(yàn)數(shù)據(jù)的離散性較大，人為因素影響較為明顯。隨著計(jì)算機(jī)硬件性能的不斷提升，計(jì)算效率有了飛躍式的發(fā)展，將混凝土簡(jiǎn)化為三相復(fù)合材料，在細(xì)觀層次研究混凝土的相關(guān)力學(xué)特性成為“數(shù)值混凝土”研究的熱點(diǎn)。作為在宏觀尺度與微觀尺度之間的研究層次，在細(xì)觀層次將混凝土定義為由骨料、砂漿、界面所構(gòu)成的三相復(fù)合材料。

2、本文基于隨機(jī)骨料模型，在已有的三相材料模型的基礎(chǔ)上添加初始缺陷單元。將混凝土中的微小孔隙、微小裂紋定義為初始缺陷，認(rèn)為混凝土在細(xì)觀層次是由骨料、砂漿、界面和初始缺陷四相復(fù)合材料組成。初始缺陷單元滿足蒙特卡羅規(guī)律隨機(jī)分布在界面單元中的假設(shè)。通過(guò)定義不同含量的缺陷單元探討其含量對(duì)抗拉強(qiáng)度的影響。由于計(jì)算硬件條件限制，但又要保證計(jì)算效率和精度的要求，將含有初始缺陷的隨機(jī)骨料模型進(jìn)行細(xì)觀單元等效化處理，利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論，探討混凝土細(xì)觀等效化特征

3、單元尺寸，即在滿足WEIBULL分布規(guī)律的前提下，統(tǒng)計(jì)不同網(wǎng)格尺寸的彈性模量離散系數(shù)C，當(dāng)離散系數(shù)C趨于穩(wěn)定值時(shí)確定細(xì)觀特征單元尺寸。最后分析含初始缺陷單元的隨機(jī)骨料模型與細(xì)觀單元等效化模型各自計(jì)算特點(diǎn)及模擬效果。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴建立含有界面初始缺陷的混凝土隨機(jī)骨料模型（RAS）。在給定平面區(qū)間150mm×150mm和三維區(qū)間150mm×150mm×150mm內(nèi)，基于蒙特卡羅隨機(jī)分布規(guī)律，建立了不同形狀的平面隨機(jī)骨料模

4、型。骨料形狀包括：圓形、正多邊形、隨機(jī)多邊形和隨機(jī)凸多面體。假定缺陷單元符合蒙特卡洛規(guī)律隨機(jī)分布在界面單元中，其數(shù)量是界面單元數(shù)量的0~10％，每種形狀的骨料模型以單軸拉伸試驗(yàn)為例計(jì)算4組樣本。統(tǒng)計(jì)計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)：初始缺陷含量相同時(shí)計(jì)算結(jié)果誤差從大到小排序依次為：圓形骨料>正多邊形骨料>隨機(jī)多邊形骨料；不同形狀骨料模型，隨著缺陷含量增加，混凝土抗拉強(qiáng)度減小，當(dāng)缺陷含量是界面單元數(shù)量的1%時(shí)計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好，誤差小于5%，當(dāng)缺陷含

5、量增加到10%界面單元時(shí)，混凝土抗拉強(qiáng)度降低了近30%。⑵為配合完成混凝土隨機(jī)骨料模型單軸拉伸試驗(yàn)，基于APDL語(yǔ)言二次開(kāi)發(fā)了帶有殘余強(qiáng)度的混凝土彈脆性本構(gòu)。在單軸拉伸試驗(yàn)中，首先判斷混凝土是否發(fā)生拉伸破壞，如果滿足給定的閾值則發(fā)生彈性破壞，如果沒(méi)有發(fā)生破壞，則進(jìn)行剪切破壞判斷，拉伸破壞占有優(yōu)先權(quán)。⑶建立含有界面初始缺陷的細(xì)觀單元等效化模型（MEEM）。為解決隨機(jī)骨料模型計(jì)算效率低、對(duì)計(jì)算機(jī)硬件配置要求高的瓶頸問(wèn)題，將含有1%初始缺陷的