混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型拉剪断裂试验研究

通过混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型拉剪断裂试验设计及成果分析,基于双K断裂准则,分别计算了混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型拉剪断裂试件失稳断裂破坏时考虑断裂过程区影响的临界有效裂缝长度ac及其对应的应力强度因子KⅠ和KⅡ,建立了考虑断裂过程区影响的混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型拉剪断裂判据,并用二次抛物线拟合了其临界曲线.与不考虑断裂过程区影响的判据临界曲线相比,考虑断裂过程区的影响,可提高裂缝稳定性计算的安全度,降低材料抗裂性能的要求.     

考虑断裂过程区的混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂判据研究

根据以前的混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂实验资料,同时采用数值模拟实验的方法,基于双K断裂准则,分别计算了混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂试件失稳断裂破坏时,断裂过程区影响的临界有效裂缝长度ac及应力强度因子KⅠ、KⅡ。根据分析计算结果,建立了考虑断裂过程区的新的Ⅰ-Ⅱ复合型断裂K判据,并与课题组以前的K判据作了分析比较。     

混凝土结构裂缝的动力稳定性损伤与断裂

为了得到裂缝尖端损伤产生、发展直至失稳扩展的规律,基于混凝土结构的Brooks损伤演变方程与Loland损伤演变方程,采用有限元软件Ansys,计算混凝土三点弯曲梁在冲击、周期、地震等动荷载作用下的应变;将有限元计算得到的裂缝口张开位移与已有实验结果进行对比分析,并将2种损伤演变方程应用于工程实例Koyna重力坝,建立坝体三维模型,计算地震荷载下的应变,分析其薄弱部位,研究坝体裂缝尖端损伤产生、发展直致失稳扩展的过程。结果表明:有限元计算得到的裂缝口张开位移与已有实验结果数据比较吻合,验证了模拟计算的合理性;结构对不同作用形式的动荷载响应相差很大,其中地震荷载对结构的破坏最显著;坝段在达到起裂损伤后稳定发展,随后达到失稳损伤,裂缝扩展,形成新的损伤区域;2种损伤模型的计算结果相差不大,损伤因子均随时间稳定增长,发展规律一致,说明2种模型均可用于动荷载下混凝土结构裂缝的扩展至失稳的计算和分析。     

混凝土裂缝在拉应变下的损伤与断裂分析

基于最大拉应变断裂理论,推导出了混凝土Ⅰ和Ⅱ复合型裂缝在静力荷载作用下缝端附近损伤区的边界方程式,给出了允许损伤尺度的定义、计算公式和损伤断裂判据,实现了损伤与断裂力学的有机结合．计算求得的损伤区长度与实测结果基本相符．     

Ⅰ型裂纹的高强混凝土梁断裂性能试验研究

为了研究Ⅰ型裂纹高强混凝土梁在静荷载作用下裂缝尖端微裂区扩展规律,采用三点弯曲梁试验方法。结合双K、双G理论模型分析不同初始缝高比对高强混凝土起裂荷载、失稳荷载、断裂韧度及应力强度因子的影响。试验结果表明:缝高比对起裂荷载与失稳荷载有较大的影响;双K、双G模型得出的起裂韧度理论值很接近且初始缝高比对断裂韧度无明显影响。     

基于权函数法的沥青路面基-面层裂缝的扩展行为

为了研究半刚性基层沥青混凝土路面在行车荷载作用下出现的基层反射裂缝及其扩展规律,基于黏弹性断裂力学理论和权函数法,对反射裂缝的应力强度因子进行了分析,推导了Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹断裂判据理论.采用数值模拟方法分析了结构层厚度及荷载位置对基层反射裂缝的影响,并通过单边切口小梁试验研究了面层裂缝扩展模式.研究结果表明:Ⅰ型(K_Ⅰ)和Ⅱ型(K_Ⅱ)应力强度因子受路面结构层厚度的影响较大,在行车荷载作用下Ⅰ型裂纹扩展模式起主导作用,增加基层厚度对防止反射裂纹的产生有一定的效果;在考虑水平荷载作用时,Ⅰ型和Ⅱ型应力强度因子均随荷载位置的变化而变化,随着荷载与裂纹距离的不断增加,K_Ⅰ逐渐减小,K_Ⅱ逐渐增加,反射裂缝逐渐偏向Ⅱ型裂纹扩展模式;在不考虑水平作用时,基层反射裂纹以Ⅰ-Ⅱ复合型形式出现,并在应力集中下向面层扩展,扩展模式表现为Ⅰ-Ⅱ复合型.     

两种不同模式下的沥青混合料断裂过程研究

为了深入研究沥青混合料在Ⅰ型和Ⅰ-Ⅱ复合型模式下的断裂特性与机理,采用了扩展有限元方法对单边切口梁的断裂过程进行了数值模拟和分析.通过与试验数据的对比发现,扩展有限元方法可以有效地计算不同模式下裂缝扩展的路径以及断裂过程中的力学响应.进一步分析表明:小梁的断裂过程可以分为4个阶段;当加载点的荷载达到峰值时,小梁已经处于损伤累积阶段,荷载开始下降后,裂缝才逐渐形成;断裂过程可以理解为损伤带内拉应力下降、未损伤带内拉应力上升或者上升后再下降的过程,且损伤带长度不断增加;Ⅰ-Ⅱ复合型断裂的临界偏移系数为0.45~0.51,与试验结果基本一致;当偏移系数为0.45时,跨中局部区域在加载过程中出现了"卸载"现象,导致损伤不再增加,抑制了次裂纹的产生.     

基于耗散体系的混凝土裂缝演化熵变研究

基于耗散体系特性,结合信息熵理论与能量法,对混凝土裂缝各个阶段的能量分布状态进行研究.建立起裂、裂缝稳定扩展及裂缝失稳破坏阶段熵变函数,并推导单元损伤程度公式,用以判断混凝土是否起裂和裂缝所处阶段;同时分析温差和荷载作用下的能量分布,建立影响混凝土裂缝演化的双因素熵值函数.利用有限元软件Midas/FEA数值模拟两跨连续梁的开裂过程,并与文献分析结果进行对比.结果表明熵变函数能很好地描述混凝土裂缝的演化规律.     

复合载荷作用下大晶粒铝裂纹尖端延性损伤行为的研究

应用电镜原位拉伸方法研究了复合载荷（Ⅰ＋Ⅱ型）作用下大晶粒铝裂纹尖端的塑性变形行为和延性损伤过程，用有限元结果对复合型损伤进行了力学分析。结果表明：在复合载荷作用下，裂纹尖端受相反塑性变形作用，裂尖变形符合锐化－钝化模型，异于纯Ｉ型载荷下的钝化模型，是多系滑移的结果。延性材料裂尖的损伤发生在钝化区域（裂尖的均匀滑移区）而非锐化区（裂尖的集中滑移区）。裂尖的启裂是沿应力三轴性水平最大方向进行，此方向     

Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝断裂角剪滞方法

建立了混凝土等准脆性材料的Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝在单向拉伸荷载作用下断裂角的修正剪滞模型,得到了与试验相吻合且优于传统S判据的断裂角.合理简化了复合型裂缝试样的力学边界条件,得到了裂缝体各剪滞子层位移分布函数的解析表达式.引用一种所谓的最大应力集中因子的概念,对Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝前缘应力场进行了简化描述,得到了复合裂缝断裂角的解析解.根据斜裂缝体的应力分布概况,设置不同的子层分区,得到了更为细化的子层位移分布模式.通过对计算数据的分析,提出了合理的按应力场分区设置子层的剪滞分析模型,从而得到了更为精确的斜裂缝断裂角.新方法的计算结果与试验结果除个别外的相对误差小于4%,均小于S判据,显示算法的卓越性.     

混凝土裂缝在拉应变下的损伤与断裂分析

基于最大拉应变断裂理论，推导出了混凝土Ｉ和Ⅱ复合型裂缝在静力荷载作用下缝端附近损伤区的边界方程式，给出了允许损伤尺度的定义、计算公式和损伤断裂判断，实现了损伤与断裂力学的有机结合。计算求得的损伤区长度与实测结果基本相符。     

含Ⅰ型裂纹的普通混凝土梁断裂特性试验研究

通过三点弯曲梁试验方法,采用电阻法测定混凝土梁的起裂、失稳荷载,分别对不同尺寸、不同预制裂缝的普通混凝土梁进行断裂试验研究。结合双K断裂韧度计算方法,计算不同尺寸混凝土三点弯曲梁试件的起裂韧度和失稳韧度。分析研究缝高比及梁高对起裂和失稳韧度、断裂能等断裂参数的影响。试验结果表明:试件的初始缝高比及梁高对混凝土的起裂荷载、失稳荷载、断裂韧度均有一定程度的影响。     

含Ⅰ型裂纹的普通混凝土梁断裂特性的试验研究

通过三点弯曲梁试验方法,采用电阻法测定混凝土梁的起裂、失稳荷载,分别对不同尺寸、不同预制裂缝的普通混凝土梁进行断裂试验研究。结合双K断裂韧度计算方法,计算不同尺寸混凝土三点弯曲梁试件的起裂韧度和失稳韧度。分析研究缝高比及梁高对起裂和失稳韧度、断裂能等断裂参数的影响。试验结果表明:试件的初始缝高比及梁高对混凝土的起裂荷载、失稳荷载、断裂韧度均有一定程度的影响。     

基于缝端损伤区域的混凝土材料Ⅱ型裂缝扩展角研究

根据Ⅰ型裂缝和Ⅱ型裂缝在损伤与断裂耦合方面的联系,基于Ⅰ型裂缝的损伤方程推导出更适用于Ⅱ型裂缝的损伤演化方程,得到损伤区域的计算方法。通过损伤梯度研究Ⅱ型裂缝从损伤至开裂阶段裂缝发展方向的变化规律,最终得到Ⅱ型裂缝的扩展角是79°。将该扩展角与经典判据得到的扩展角进行对比,结果表明该方法是可行的。     

粉煤灰掺量对混凝土结构断裂性能的影响

为了提高混凝土结构的断裂性能,对粉煤灰掺量0～50%的混凝土进行断裂韧度试验研究.采用楔入劈拉法测得试件的双K断裂参数.通过-裂缝尖端张开位移(P-CTOD)曲线上升段能够捕捉到混凝土的起裂荷载PQ,由PQ和初始裂缝长度a0计算出起裂韧度值KQIC,由最大荷载Pmax和有效裂缝长度口.计算出失稳韧度值KicS.其中,有...     

岩石Ⅰ、Ⅱ复合型断裂判据的研究

本文采用三点弯曲、四点弯曲的断裂试验方法对岩石的断裂韧性以及Ⅰ-Ⅱ复合型断裂判据进行了研究,得出了岩石的Ⅰ-Ⅱ复合型断裂判据:K_Ⅰ~2+AK_ⅠK_Ⅱ+BK_Ⅱ~2=K_(ⅠC)~2并将试验结果与最大拉应力(σ_(θ_(max)))理论和最小应变能密度因子(S(θ_(min)))理论进行了分析比较。     

基于损伤理论的混凝土构件裂缝的扩展研究

根据已有的资料和试验参数,分别采用三点弯曲梁和楔入式紧凑拉伸试件,利用有限元方法分析了混凝土裂缝尖端的应力、应变之间关系,以及裂缝口张开位移与试验结果进行对比分析,数据比较吻合,验证了模拟计算的合理性.根据以上结果,计算了带裂缝混凝土构件的损伤场,得到了裂缝发展中缝端的起裂损伤和失稳损伤.     

混凝土断裂临界值测试研究

对一种常规混凝土，用相同的单边裂缝方形试件和统一的加载装置，进行了Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型３种单一型和Ⅰ－Ⅱ、Ⅰ－Ⅲ、Ⅱ－Ⅲ、Ⅰ－Ⅱ－Ⅲ４种复合型裂缝失稳扩展时的应力强度因子临界值的测试，得出ＫⅠｃ、ＫⅡｃ、ＫⅢｃ和Ⅰ－Ⅱ、Ⅰ－Ⅲ、Ⅱ－Ⅲ复合型临界断裂曲线和Ⅰ－Ⅱ一Ⅲ复合型临界断裂曲面，从而获得了完整的Ｋ判据临界值体系。     

陶粒砼Ⅰ-Ⅱ复合型断裂判据研究

用混合有限元法,采用四边形等参单元算得三点弯曲梁和四点剪切梁的应力强度因子K_Ⅰ和K_Ⅱ。用对称三点弯曲梁和四点剪切梁试件测得陶粒砼K_(IC)和Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹的临界K_Ⅰ、K_Ⅱ值。根据实验结果,建议了陶粒砼Ⅰ-Ⅱ复合型断裂准则和根据K_Ⅰ/K_Ⅱ值计算起裂角θ的公式。最后,与普通砼的结果以及断裂力学中3个复合型断裂准则进行了对比。     

砼Ⅰ型裂缝体缝端损伤区边界方程式及损伤断裂判据

把损伤理论引入到砼的断裂分析中去，推导出了砼Ⅰ型裂缝在静、动力荷载下缝端损伤区的边界方程式，给出了允许损伤尺度的计算公式和损伤断裂判据，实现了损伤与断裂力学的有机结合。