岩石宏细观弹塑性损伤破坏对比研究

为了考虑岩石内细观局部塑性变形,基于应变空间理论导出岩石弹塑性损伤增量本构方程,提出了在计算程序中用破坏单元网格消去法清晰模拟裂纹扩展的方法,解决了有限元模拟裂纹的难题,分别从宏观尺度和细观尺度研究了岩石Ⅰ型裂纹弹塑性损伤破坏问题.对比分析表明,宏观尺度研究Ⅰ型裂纹扩展符合断裂力学理论分析;细观尺度研究岩石破坏过程能深入解释细观破坏机理,岩石宏观破坏直接与其内部的细观损伤破坏有关;三维数值模拟破坏过程比二维破坏更为复杂;大理岩偏三点弯曲梁弹塑性损伤破坏数值模拟得到的结果与试验结果较为吻合,验证了新建细观尺度模型模拟岩石破坏问题的合理性.     

岩石宏细观弹塑性损伤破坏对比研究

为了考虑岩石内细观局部塑性变形,基于应变空间理论导出岩石弹塑性损伤增量本构方程,提出了在计算程序中用破坏单元网格消去法清晰模拟裂纹扩展的方法,解决了有限元模拟裂纹的难题,分别从宏观尺度和细观尺度研究了岩石I型裂纹弹塑性损伤破坏问题。对比分析表明,宏观尺度研究I型裂纹扩展符合断裂力学理论分析;细观尺度研究岩石破坏过程能深入解释细观破坏机理,岩石宏观破坏直接与其内部的细观损伤破坏有关;三维数值模拟破坏过程比二维破坏更为复杂;大理岩偏三点弯曲梁弹塑性损伤破坏数值模拟得到的结果与试验结果较为吻合,验证了新建细观尺度模型模拟岩石破坏问题的合理性。     

CFL增强RC梁的疲劳累积损伤模型

通过碳纤维薄板(CFL)增强钢筋混凝土(RC)梁的三点弯曲疲劳试验,得到了构件疲劳寿命曲线及其跨中挠度、抗弯刚度的演化规律;采用增强梁的剩余抗弯刚度来定义损伤变量,建立了描述其损伤、断裂过程的疲劳累积损伤模型,并对CFL增强RC梁的疲劳损伤演化历程进行了数值分析.结果表明,文中提出的疲劳累积损伤模型能够准确地描述包括混凝土开裂、CFL与混凝土剥离、钢筋屈服等破坏模式在内的CFL增强RC梁的疲劳损伤、破坏过程.     

基于改进随机骨料模型的混凝土细观断裂模拟

为了更好地研究混凝土的力学性能和破坏机理,该文在已有细观力学模型的基础上,发展了高效的骨料投放方法及单元筛分准则.基于连续介质力学的方法,采用弹性损伤本构关系描述混凝土细观各相材料力学行为,建立了随机骨料数值模型及相应的细观单元参数选取方法.以多组不同骨料分布的Petersson三点弯曲梁为例,分析和探讨了混凝土的破坏机理.结果表明,该数值模型能较好地模拟混凝土I型断裂拉伸破坏全过程,与试验结果表现出良好的一致性.     

混凝土开裂对BFRP混凝土界面应力的影响

以最大主拉应力作为混凝土开裂的判别依据,采用基于能量的指数型软化损伤模型,利用扩展有限元模拟钢筋混凝土梁的裂缝扩展过程.通过在试验梁裂缝位置处预设初始裂缝,对比不同荷载水平下的裂缝扩展高度,得到与试验梁基本一致的裂缝扩展结果.进一步将该方法用于玄武岩纤维布(BFRP)加固预损伤钢筋混凝土试验梁的失效分析中,模拟了试验梁由于混凝土裂缝扩展引起的界面剥离全过程,给出了混凝土裂缝扩展与界面应力分布之间的对应关系,得到混凝土开裂是导致BFRP剥离的主要原因的结论.     

界面强度对CFRP-混凝土组合梁弯曲性能的影响

CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer)与混凝土之间的界面黏贴强度是影响CFRP-混凝上组合梁弯曲性能的一个重要因素.文中按CFRP布的黏结长度不同建立了3组不同界面强度的数值模型.模拟了采用位移控制梁的四点弯曲加载过程,分析了界面强度对CFRP-混凝土组合梁宏观弯曲性能的影响.结果表明:界面强度对组合梁的宏观承载力与开裂前刚度影响甚微;但对梁开裂后的刚度与延性影响较大;黏结长度越长,CFRP-混凝土组合梁对界面强度变化的敏感性越大.     

恒幅循环荷载作用下FRP加固桥梁疲劳寿命预测

在线性渐进叠加假定的基础上,理论推导了三点弯曲荷载下FRP加固桥梁应力强度因子的计算公式,并结合FRP加固桥梁疲劳裂纹扩展试验,分析了FRP加固梁裂纹的扩展行为,验证了裂缝口张开位移CMOD的经验公式可用于计算标准三点弯曲梁的裂缝口张开位移,进而计算断裂模型中梁的临界有效裂缝长度.利用线弹性断裂力学中应力强度因子对疲劳裂纹扩展进行定量描述,进而对FRP加固桥梁的疲劳寿命进行预估算研究.     

碾压混凝土断裂试验分析与静动态断裂韧度关系研究

碾压混凝土开裂破坏是一个＂损伤——开裂——裂缝扩展——断裂失稳＂动态演变过程,为摸清其损伤断裂理与规,本文完成了12根实际坝体材料碾压混凝土三点弯曲梁试验,分析了强度等级、缝高比对碾压混凝土断裂特性影响.以材料静态断裂试验为础,通过研究声发射信号参量与动态荷载下裂缝扩展关系,到了动静态断裂韧度转化关系.最后利用有限元对武都重力坝裂缝在地震作用下开裂破坏进行分析,为实际坝体混凝土裂缝安全评价提供科学依据.     

基于离散元法的沥青混合料复合断裂行为研究

为了从细观角度深入分析沥青混合料复合断裂机理,基于沥青混合料细观结构特征,将材料分为粗集料、沥青砂浆和空隙3个组分,确定宏、细观接触模型参数的转换关系,构建具有细观特征的离散元模型;通过室内试验的结果验证了虚拟模型参数设置的合理性;基于数值模型进行不同预裂缝位置的三点弯曲梁试验,并对试件的裂缝扩展、应力水平和颗粒位移进行分析.结果表明:控制裂缝路径的主要因素是断裂模式,其次是集料与裂缝的相对位置,主裂缝扩展角较好地符合最大周向应力准则;随着Ⅱ型开裂比例的增加,沥青混合料断裂过程区的宽度变小,裂缝尖端主应力水平降低,软化特征逐渐减弱;裂缝两侧的位移随着预裂缝的偏移逐渐增大,试件趋于脆性破坏.     

钢纤维增强自应力混凝土连续叠合梁的弯曲性能

基于钢纤维自应力混凝土优异的抗裂性能,将其作为叠合层铺筑于普通混凝土两跨连续T梁翼缘,制成连续叠合梁研究其抗裂性能和整体的弯曲性能.试验表明,钢纤维自应力混凝土叠合层可大幅提高连续叠合T梁支座负弯矩区的开裂荷载和跨中极限挠度,延缓支座处上部裂缝的发展速度,显著改善连续梁的弯曲性能.建立了钢纤维自应力混凝土连续叠合梁开裂荷载的计算方法,并对连续叠合梁的弯曲性能进行了有限元模拟;理论值、试验值与数值模拟结果吻合较好,表明该计算方法可用来计算此类弯曲构件的开裂荷载.     

混凝土轴心受拉试件细观数值模拟

为在细观层次研究混凝土轴心受拉状态下的损伤破坏机理,基于ANSYS参数化设计语言,建立了能够表征混凝土骨料随机分布和细观相材料力学参数非均匀性的混凝土轴心受拉试件细观数值模型.通过数值模拟,得到了混凝土内部微裂缝产生、发展直至试件断裂的演化过程和应力—应变曲线.结果表明,对于混凝土轴心受拉试件,虽然受到均匀拉应力的作用,但是由于骨料分布的随机性和细观相材料力学性质的差异,试件内应力和应变分布并不均匀,裂缝扩展存在弥散、集中、局部化阶段.骨料的存在既是导致裂缝产生的根源之一,又可在一定程度上阻碍裂缝的发展.本文的数值方法可以克服物理试验加载时难以对中的局限,弥补宏观层次采用均匀化方法研究的不足,有利于揭示混凝土轴心受拉损伤的破坏机理.     

基于内聚力模型的沥青混凝土低温断裂模拟

为模拟沥青混凝土的低温断裂行为,合理选择了内聚力本构模型;在获取了小梁试件数字图像的基础上,结合ABAQUS有限元软件建立了二维细观断裂模型,验证了模型的正确性和适用性。结果表明:本文建立的二维细观断裂模型能够很好的反映实际三点弯曲试验的能量消耗—位移响应;沥青混凝土断裂过程可分为试件损伤、裂缝产生、裂缝扩展和试件破坏等四个阶段。     

用LEFM和FCM相结合的方法研究混凝土裂缝的扩展规律

本文用线弹性断裂力学和虚裂纹模型相结合的方法推导出了三点弯曲梁开裂过程的计算公式,并通过数值计算实现了对实测梁的 P～δ曲线的计算拟合。     

基于多尺度分析的混凝土随机损伤本构关系

通过多尺度能量积分与能量损伤表达建立宏-细观尺度之间的联系,即混凝土宏观尺度的损伤演化可以通过细观单元的分析获得.根据随机细观单元的数值分析结果,积分得到基本细观单元能量的演化,分别计算受拉与受剪损伤的演化曲线.建议了实用的损伤演化公式,并基于基本单元分析获得随机损伤发展参数的均值、标准差及其概率密度分布.混凝土宏观试验的模拟结果验证了多尺度随机损伤本构模型的正确性.     

纤维聚合物筋混凝土梁正截面性能的研究

试验研究表明,纤维聚合物筋混凝土梁荷载挠度曲线以截面初裂为界限点分为两个线性阶段.正截面开裂前,荷载挠度曲线基本为线性,截面刚度较大;正截面开裂时,裂缝先在纯弯段出现,荷载挠度曲线出现转折点.随着荷载增加,纯弯段正裂缝发展,剪跨段斜裂缝产生并向梁的受压区加荷点扩展,梁的刚度较截面开裂前减少,荷载挠度曲线基本为线性直到梁破坏.在试验研究的基础上,探讨了纤维聚合物筋混凝土梁的非线性全过程数值分析方法,用计算机模拟了试验梁的跨中弯矩-挠度关系曲线,并用试验数据进行了验证.     

混凝土软化本构关系与裂缝扩展GR阻力曲线的相关性

裂缝扩展阻力曲线可描述随裂缝发展材料韧度的变化,是断裂力学的基本判据方法之一.最近,结合混凝土断裂行为的基本现象特征,发展了一个新的用于分析混凝土裂缝扩展全过程的断裂过程判据,称为GR阻力曲线.在GR阻力曲线模型中,裂缝扩展阻力的变化取决于应力自由裂缝前缘断裂过程区的能量消耗,与该区域材料的基本力学性能即软化本构关系相关.鉴于此,该文通过进行的12根三点弯曲梁试验研究了软化曲线与裂缝扩展GR阻力曲线的对应关系.发现, GR阻力曲线的特征点对应于软化曲线的特征点.     

弯曲裂缝引起FRP混凝土界面剥离的数值分析

目的找出混凝土裂缝扩展对纤维增强材料FRP与混凝土界面粘结性能的影响规律.方法基于断裂力学理论,采用商业软件ANSYS中的界面单元模型(Cohesive Zone Model CZM),模拟素混凝土梁跨中I型裂缝扩展以及FRP与混凝土界面II型裂缝的扩展过程.结果随着混凝土裂缝的扩展,加固梁承载力出现两个峰值:第一个峰值出现在混凝土宏观裂缝扩展的起始点,此时FRP布的应力低于500 MPa,FRP与混凝土界面切应力在混凝土裂缝附近较大,其余部分切应力及界面滑移量基本为零,界面处于完全粘结状态.第二个峰值出现在FRP与混凝土界面发生剥离时刻,之后界面剥离从混凝土跨中裂缝位置向梁端部扩展,加固梁的承载力保持在第二个峰值上,FRP布应力达到1 480 MPa,界面粘结切应力及滑移量向FRP端部移动,跨中完全剥离的界面,切应力降为零,滑移量保持不变.结论计算得到的荷载随混凝土开裂的变化趋势及峰值荷载与试验值吻合较好,说明笔者提出的数值模拟方法能较准确地预测CFRP加固带缝混凝土梁的承载力.     

碳纤维薄板加固含裂缝混凝土梁的四点弯曲破坏分析

借鉴复合材料力学的分析方法,建立一种分层剪滞模型,并结合线弹性断裂力学的能量法,研究了碳纤维薄板加固含裂缝素混凝土梁和钢筋增强混凝土梁的四点弯曲破坏问题,求得的破坏荷载与试验较吻合.     

基于黏聚区模型的混凝土细观断裂分析

为探究混凝土细观结构特征对小梁开裂的影响,通过对混凝土内骨料、孔隙和砂浆进行参数化建模以及在结构单元间插入黏结单元的方法,建立了混凝土小梁细观开裂分析模型.对三点加载小梁断裂全过程进行了模拟,分析了孔隙率、骨料体积分数和骨料砂浆界面强度等细观结构特征对小梁开裂和承载力的影响.结果表明:小梁承受荷载、裂缝形态及扩展路径的数值模拟结果与试验结果一致,验证了模型的可靠性;当孔隙率从0增大到6％,小梁极限承载力减小24.5％,裂缝沿孔隙多的路径扩展;当骨料体积分数从20％增大到50％,小梁极限承载力增大17.4％,开裂消耗的断裂能增加;当骨料砂浆界面强度从1.24 MPa增大到3.10 MPa,小梁极限承载力增大30.3％,且随骨料砂浆界面强度增加而线性增长.     

混凝土破坏过程的数值模拟

采用梁 颗粒模型BPM2(beam particlemodel)模拟了混凝土在单轴受压状态下的破坏过程·在模型中用3种类型梁单元形成混凝土细观数值模型,每种梁单元的力学性质均按Weibull分布随机赋值,以便模拟混凝土细观结构的非均匀性·数值模拟结果显示,混凝土宏观破坏是由于其内部细观裂纹产生、扩展、连接的结果,揭示出混凝土破坏形态随材料性质分布的非均匀性变化而不同·