混凝土单轴荷载下细观损伤破坏的数值模拟

假设混凝土是由砂浆基质、骨料及它们之间的界面组成的三相复合材料,混凝土的细观力学性质服从Weibull分布,应用细观力学损伤模型研究了混凝土的宏观力学性质,并且通过编制有限元程序对混凝土试件在单向拉伸和压缩情况下的破坏过程进行了数值试验．模拟结果表明,该模型可以用来研究单轴荷载作用下混凝土结构的破坏机理和多种尺寸试样尺寸效应律．     

基于细观尺度的混凝土绝热温升预测

从混凝土的热学性能和细观组成出发,建立混凝土绝热温升和水泥水化程度的关系,将绝热温升表示为水泥水化程度的函数;假定混凝土为随机骨料和水泥净浆组成的二相复合材料,取单元尺寸为100 mm×100 mm的混凝土试件,并将试件剖分为1 mm×1 mm的有限元网格,考虑单个骨料和多个随机骨料2种投放方式,从细观尺度数值模拟混凝土的绝热温升过程,研究混凝土细观结构的温度分布.结果表明,文中给出的模型可较准确地预测混凝土绝热温升;在绝热条件下,由于混凝土细观结构中骨料和砂浆的热学和力学性质差异,试件内部仍会产生温度梯度和温度应力.     

考虑再生粗骨料随机分布的混凝土氯离子扩散细观数值模拟

考虑粗骨料分布的随机性及氯离子结合的非线性对氯离子扩散性的影响,对再生混凝土中氯离子扩散进行数值建模与细观仿真分析,并将数值模拟结果与已有试验数据进行对比;通过改变老硬化砂浆扩散系数、新硬化砂浆扩散系数、老界面过渡区扩散系数及浸泡时间,对比研究了不同情况下再生混凝土中氯离子的扩散特性.结果表明:数值模拟结果与试验结果接近;再生混凝土中氯离子沿扩散深度方向呈波浪式下降;随着扩散系数的增大及浸泡时间的增长,氯离子扩散速度加快;随着再生粗骨料取代率的增加,氯离子扩散速度也增加;相同扩散深度处,不同随机骨料模型中氯离子含量最大值接近,说明所采用的随机骨料模型模拟结果具有较好的稳定性.     

界面过渡区对水泥基材料氯离子扩散性能的影响研究

利用RCM加速氯离子扩散法来预测界面过渡区(ITZ)对水泥基材料氯离子扩散性的影响规律.为了初步判断试样界面过渡区的氯离子扩散性能,并且了解骨料类型对水泥基材料传输性能的影响规律,取3种加工成立方体的粗骨料(玄武岩、花岗岩和砂岩)来制备混凝土试件,与相同配比的砂浆基体试样进行对比分析.结果表明,相同配比的情况下,含骨料试件比砂浆试件扩散系数大,且含花岗岩的试样氯离子扩散系数最低,说明界面过渡区对于水泥基材料的氯离子扩散性存在一定影响.能谱元素线分析结果表明,花岗岩与水泥砂浆基体间界面区厚度较小,约为35μm,且比较密实,对水泥基材料的扩散性能影响最小.采用离散单元法建立的三维骨料的随机分布模型,最初的模拟结果可较为直观地分析介质在界面区的扩散路径,并为以后骨料集合体通过扩散路径的长度、迂曲度的变化影响扩散速度的研究工作打下基础.     

水泥基复合材料氯离子扩散系数与孔隙率之间的关系

为了研究水泥基复合材料中孔隙率对氯离子扩散系数的影响,成型了不同水灰比,含骨料体积分数、粒径与级配不同的砂浆试样;采用稳态电加速法测试氯离子扩散系数、压汞技术测试孔结构参数、微焦点计算机断层扫描技术(X-CT)可视化孔结构分布,系统地研究了水泥基复合材料氯离子扩散系数与其骨料体积分数、总孔隙率、毛细孔隙率、连通孔径之间的关系。结果表明：骨料与基体之间的界面过渡区(界面区)显著地改变了水泥石中孔结构分布,水灰比越小,多孔的界面区对材料孔隙率的影响越显著;水泥基复合材料的氯离子扩散系数与其总孔隙、毛细孔隙率之间有很好的相关性,与其连通孔径几乎成线性关系,连通孔径越大,氯离子的扩散系数越大。     

黏聚单元嵌入技术及其在混凝土细观分析模型中的应用

采用针对随机颗粒的渐变网格剖分和黏聚单元嵌入的方案,建立骨料-砂浆-界面的三维高效细观有限元模型,并在单机上实现了混凝土标准试样的单轴拉伸和单轴压缩数值试验。结果表明:该嵌入方案能够捕捉到骨料-砂浆界面由弱连接到脱开的全过程,再现混凝土试样的破坏形态;通过对细观模拟结果获得的应力-应变关系曲线的对比分析,一定程度上揭示了混凝土宏观力学特性的内在机理,为探究混凝土类复合材料宏观力学特性的内在机制提供了技术保障。     

混凝土细观力学性质对宏观断裂过程影响的数值试验

从混凝土的细观结构出发，假定混凝土是由砂浆基质、骨料及其它们之间的粘结带组成的三相复合材料，进行了混凝土中各个组成相对于宏观试样断裂特征及其强度影响的数值试验。从数值结果可以看出混凝土中砂浆基质与骨料之间的粘结带对于混凝土的宏观力学性能有较大的影响，普通混凝土在单轴载荷作用下破裂模式的数值试验结果也进一步证实了粘结带在混凝土断裂中所起的重要作用。     

混凝土拉伸断裂的细观力学模拟

应用细观力学理论,假设混凝土三相组成服从weibull分布,建立了混凝土随机分布二维结构模型,对混凝土单边裂纹拉伸数值试样进行仿真研究,得出了裂纹在砂浆、骨料及界面中的扩展路径和试件的宏观应力一应变曲线．     

混凝土破裂过程细观损伤与渗流耦合模拟

假定混凝土是由骨料、砂浆、界面和随机微缺陷组成的四相复合材料,并据此假定建立了混凝土四相复合材料的细观力学模型,导出了混凝土弹塑性损伤-渗流耦合本构方程,同时数值模拟了试样破裂过程,基于细观尺度研究了混凝土弹塑性损伤-渗流耦合问题.结果表明:混凝土渗透系数的变化与混凝土试样弹塑性损伤破裂全过程密切相关;破坏的细观单元成为渗流的主要通道.     

基于细观力学的混凝土有效弹性性能预测

假定混凝土材料为由骨料和砂浆组成的二相复合材料,建立了混凝土随机骨料模型;按骨料与砂浆基体的弹性性能比值生成骨料较硬和较软两类试件进行有限元数值试验,系统研究了混凝土有效弹性性能预测中多种细观力学方法的优劣及各细观力学方法的适用范围.将细观力学方法预测结果与有限元数值试验得到的结果进行比较,并对这些细观力学方法预测精度及其变化规律进行了讨论.数值试验结果表明,当骨料体积和骨料与砂浆弹性模量比较大时,细观力学方法预测的结果误差较大,需要研究新的方法预测混凝土的有效弹性性能.     

预测氯离子在水泥基复合材料中有效扩散系数

基于水泥基复合材料界面区水泥颗粒的分布特征,给出了界面区孔隙率分布函数和界面区的有效扩散系数;将水泥基复合材料视为骨料、基体、界面区以及其均匀化后的等效介质相四相复合球模型,采用n层球夹杂理论,逐尺度地预测了氯离子在水泥基复合材料中的有效扩散系数.结果表明:预测的氯离子扩散系数与实测结果基本吻合;n层球夹杂理论适合于预...     

原位监测水泥基材料早期电阻率的变化过程

为了考察辅助性胶凝材料和细骨料对水泥水化的影响,利用新型无电极电阻率仪原位连续监测水泥基材料早期的微结构演变进程,系统分析了水胶比、硅灰掺量、矿渣掺量、粉煤灰掺量、细骨料体积分数和骨料粒级对水泥基材料电阻率的影响.试验结果表明:在水化3 000 min内,根据水泥基材料电阻率的发展曲线,可将水泥水化过程分为溶解期、诱导期、加速期和减速期4个阶段;电阻率的发展速率随水胶比的增加而显著下降;在水胶比相同的情况下,砂浆电阻率高于净浆电阻率;掺加矿物掺合料致使后期电阻率的变化速率降低,掺加硅灰则导致水化加速期提前;在早期水化过程中,硅灰的活性最高,矿渣的活性次之,粉煤灰的活性最低;细骨料的体积分数和骨料粒级越大,砂浆的电阻率越大.     

基于内部湿度试验的早龄期混凝土水分扩散系数求解

为了求解干燥条件下混凝土内部水分分布,提出了一种早龄期混凝土水分扩散系数的求解方法。试验测定混凝土内部相对湿度随时间的变化,求解水汽扩散的非线性方程,获得了干燥过程中混凝土水分扩散系数与相对湿度(或水分含量)的数量关系。计算结果证明:水分扩散系数随含水量的增加而非线性增大;相对湿度90%以上时扩散系数随湿度变化显著,90%~40%时扩散系数随湿度变化趋缓,40%以下时基本不变。     

粗集料对粉煤灰混凝土性能影响

混凝土的架构理论认为混凝土是由砂浆、粗集料和二者之间的界面构成的．试验研究了石灰石、玄武岩、花岗岩和辉绿岩4种不同类型的粗集料对不同粉煤灰掺量混凝土的坍落度、抗压强度、抗折强度和弹性模量的影响,分析了石灰石粗集料对不同粉煤灰掺量混凝土抗冻性的影响．结果表明,粗集料对混凝土的坍落度、抗压强度、抗折强度和弹性模量影响十分显著．粗集料的掺入降低了砂浆基体的扩展度和抗折强度,提高了砂浆基体的抗压强度和弹性模量,此外,粗集料改善了混凝土的抗冻性．随着粉煤灰掺量的增加,混凝土的坍落度提高,但混凝土的力学性能和抗冻性减弱．不同类型的粗集料对混凝土性能的影响相差不大,随着粉煤灰掺量的提高,不同类型粗集料混凝土性能相差也不大．     

混凝土细观损伤破坏过程的数值模拟

在细观层次上,把混凝土看作是由水泥砂浆、骨料及二者之间的界面组成的复合材料,应用渐变网格剖分方法对随机投放的骨料、界面和水泥砂浆进行网格剖分,删除多余节点,重新排列节点顺序,生成三维随机骨料分布的细观有限元数值模型.利用该模型分别进行了混凝土的单轴拉伸、压缩、劈拉和梁弯曲等数值试验,分析了不同界面参数、不同砂浆损伤参数、不同加载形式对混凝土试件的变形特点、破坏形式以及承载能力的影响,探讨了混凝土宏观力学性能(如应变软化和剪胀等性质)的细观机制.     

基于渐变网格剖分方法的混凝土细观数值模拟

在细观层次上,把混凝土看作是由水泥砂浆、骨料及二者之间的界面组成的复合材料,通过渐变网格剖分的方法先后对随机投放的骨料、界面和水泥砂浆进行网格剖分,删除多余节点,重新排列节点顺序,建成三维随机骨料分布的细观有限元数值模型．用细观有限元模型分别进行混凝土的单轴拉伸和不同围压下的假三轴数值试验,分析不同加载形式对混凝土试件破坏形式以及承载能力的影响．     

基于细观模型的超高性能钢纤维混凝土SHPB试验数值模拟

超高性能钢纤维混凝土是一种极具创新性的水泥基复合材料,具有优异的力学性能,在结构抵抗极端荷载方面潜力突出.为研究超高性能钢纤维混凝土动态力学性能,利用LS_DYNA软件建立了由砂浆和钢纤维组成的细观数值模型.首先,通过静态压缩和劈裂试验对细观模型进行了验证.其次,对霍普金森压杆(SHPB)试验进行了数值模拟,并在细观尺度上解释了应力-应变历程,研究了钢纤维含量对超高性能钢纤维混凝土动态性能的影响.研究结果表明,该模型能够很好地预测超高性能钢纤维混凝土的静态和动态性能;当钢纤维在合理范围内(0%–2.5%)时,超高性能钢纤维混凝土动态强度随着钢纤维体积率的增加而显著增大;然而,超高性能钢纤维混凝土动态增强因子低于传统混凝土材料.同时,定量分析了钢纤维增强效果,并在试验和数值模拟的基础上推导了超高性能钢纤维混凝土的动态本构关系.     

随机分布纳米颗粒增强陶瓷基复合材料性能数值模拟分析

基于蒙特卡罗方法,利用ANSYS的APDL参数化设计语言,构建随机分布纳米颗粒增强陶瓷基复合材料性能数值分析模型,利用均质化理论计算不同体积比纳米颗粒增强陶瓷基复合材料的热膨胀系数、有效弹性模量和热残余应力。结果表明,所建模型计算的结果与用经典理论方法计算的结果基本吻合,证明所建模型是可靠的,其中三维模型能更准确地分析纳米颗粒体积比较大时微观结构对应力分布状态的影响。