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.     

细观层面的混凝土碳化过程数值模拟

为在细观层面上研究混凝土碳化问题,首先建立了基于积累分布函数的三维球形骨料生成方法,分析了随机性对模拟结果的影响,对骨料最大粒径、最小粒径和体积分数的选取原则进行了讨论.建立了简化的混凝土碳化数值模型,分析了骨料对宏观层面混凝土碳化行为的影响.结果表明,骨料的稀释效应和扭曲效应将降低混凝土的碳化深度;骨料在水泥浆中的非均匀分布将导致宏观上混凝土碳化深度的非均匀性.     

基于混凝土真实三维模型的氯离子传输细观数值模拟

基于混凝土剖面序列图像重建真实三维模型的方法,将MIMICS、SOLIDWORK和COMSOL结合使用,研究混凝土细观结构对氯离子扩散影响。结果表明：模拟值与试验值能够相吻合,验证了真实三维模型的有效性;骨料的长径比越大,骨料的曲折效应越明显,对氯离子渗透的影响越显著;骨料的分布位置对氯离子扩散几乎没有影响;骨料越粗糙,对氯离子的阻滞效应越明显。界面过渡区（ITZ）厚度、扩散系数越大,对氯离子扩散影响越大。将真实三维模型与随机骨料模型模拟结果对比发现：随机骨料模型模拟数值总是小于真实三维模型数值。     

混凝土损伤断裂的三维细观数值模拟

提出一种在细观层次建立混凝土三维随机骨料随机力学参数模型的方法.将损伤力学与计算力学相结合,基于ANSYS软件平台进行二次开发,建立2组混凝土立方体湿筛试件的数值模犁:第1组模型模拟3种不同的骨料随机分布;第2组模型模拟混凝土各相材料主要力学参数的随机性,分别假定其参数符合对数正态分布和Weibull分布.通过对这2组模型的轴压进行模拟,揭示混凝土在轴向压力作用下单元的渐进损伤和裂缝的萌生与扩展过程.研究结果表明:数值模拟得到的混凝土立方体抗压强度与试验测得的抗压强度较接近;骨料的随机分布会影响试件裂缝产生的位置和扩展路径,但其对试件承载力的影响不大;混凝土各组成相材料参数的非均匀性降低了试件的极限承载力,采用Weibull分布能较好地表征材料参数非均匀性的影响.     

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．     

混凝土的细观损伤理论及其数值模拟

本文建立了拉伸荷载作用下混凝土的二维细观损伤的本构理论，采用有效场方法考虑混凝土的裂纹相互作用，分析了混凝土随外加应力场的损伤演化过程，求出了损伤柔度张量的表达式，在此基础上对混凝土的细观损伤特性进行了数值模拟．由于微裂纹的扩展和裂纹之间的相互作用，混凝土的柔度表现为非对称的和各向异性的。数值分析表明，本文模型的计算结果介于Ｔａｙｌｏｒ方法和自恰方法之间，与实验结果具有较好的一致性，尤其是当裂纹密度较大时，本文的结果能更好地模拟实验结果。因此，当裂纹密度较大时，必须考虑裂纹的相互作用。     

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．     

混凝土细观破坏过程的近场动力学模拟

近场动力学(Peridynamic,PD)是一种基于非局部作用思想的理论,解决不连续问题时具有独特优势.首先概述了常规态型PD基本理论(Ordinary State-Based PD,OSB PD),采用了一种新的圆形骨料投放方法,有效地提高了混凝土骨料的投放率,建立了适用于混凝土细观破坏的常规态型PD计算模型.对混凝土结构的细观破坏过程进行了模拟,数值模拟结果与理论解吻合较好,进而分析了混凝土结构细观破坏机理.     

混凝土单轴压缩破坏过程的三维细观数值模拟

从细观力学的角度出发,将混凝土视为由骨料、砂浆及二者之间的界面所组成的三相复合材料,利用蒙特卡罗方法,产生骨料在试件中的随机位置,建立了混凝土圆柱体试件三维数值模型。进行单元划分,对试件中骨料、砂浆和界面单元的材料号进行自动识别及赋值。通过三个计算方案研究了混凝土单轴压缩下的力学性能及破坏过程,模拟了混凝土材料从裂纹的萌生、扩展、贯通直到宏观裂纹产生导致破坏的过程。结果表明,该数值模型及计算方法能够较好地反映混凝土在单轴荷载作用下的力学特性。     

混凝土受压性能的非均质细观数值模拟

将混凝土看作是由骨料、砂浆及它们之间的界面组成的三相复合材料,在细观层次上建立了非均质混凝土棱柱体试件的随机骨料模型,分别赋予细观单元弹脆性损伤本构关系或弹塑性本构关系,研究了采用不同本构关系的混凝土棱柱体试件在单轴压缩荷载作用下的细观损伤演化过程,获得了相应的混凝土单轴受压宏观应力-应变曲线,并将计算结果与试验结果做了比较.结果表明:混凝土试件的破坏是由于细观损伤的积累导致的;非均质模型计算所得的宏观应力-应变曲线上升段与试验结果吻合相对较好,弹塑性本构模型计算所得的曲线下降段比弹脆性模型更接近于试验曲线.     

可膨胀管膨胀过程三维有限元数值模拟

为合理设计膨胀工具及制订膨胀工艺,采用三维弹塑性接触问题有限单元法,建立了实体可膨胀管膨胀过程的三维非线性接触问题有限元分析模型.通过对所建模型的求解,对可膨胀管膨胀过程中膨胀变形力、套管膨胀后的残余应力及轴向位移、膨胀工具模角的关系进行了深入细致的研究,找出了膨胀管与膨胀工具在不同的接触条件、可膨胀管在不同的内径膨胀率及不同的壁厚条件下,各参数之间相互制约的变化规律.通过实验测得的膨胀变形力与用本模型求得的结果符合得很好,相对误差仅为0.65%,完全可以满足实际工程的要求.     

钢筋混凝土构件拉伸破坏过程的三维模拟研究

采用三维的材料破坏过程分析系统RFPA3D(3D-Realistic Failure Process Analysis)对钢筋混凝土轴心受拉构件的受力、变形与内部裂纹萌生、扩展及最终破坏的断裂全过程进行了数值模拟。充分考虑了混凝土的非均匀性,通过简单直观的本构模型并采用单元材料性质弱化的办法,利用位移加载来实现钢筋混凝土构件的拉伸破坏过程,再现了钢筋混凝土结构中等间距裂缝形成过程,从细观角度模拟分析了混凝土及钢筋的破坏过程及破坏机理。数值试验结果对于深入了解钢筋和混凝土的联合受力规律有参考价值。     

三维CT图象的重建与显示

本文综述了重建三维ＣＴ图象的各种方法，同时仔细研究了彩色分域重建法，提出了一种交互式进行图象灰度分割及消除噪声的方法，并获得了满意的结果。利用彩色分域法，我们能够在几秒钟内重建并显示出色彩鲜艳的三维ＣＴ图象。     

3-D transient numerical simulation on the process of laser cladding by powder feeding

A 3-D transient mathematical model for laser cladding by powder feeding was developed to examine the macroscopic heat and momentum transport during the process, based on which a novel method for determining the configuration and thickness of cladding layer was presented. By using Lambert-Beer theorem and Mie′s theory, the interaction between powder stream and laser beam was treated to evoke their subtle effects on heat transfer and fluid flow in laser molten pool. The numerical study was performed in a co-ordinate system moving with the laser at a constant scanning speed. A fixed grid enthalpy-porosity approach was used,which predicted the evolutionary development of the laser molten pool. The commercial software PHOENICS, to which several modules were appended, was used to accomplish the simulation. The results obtained by the simulation were coincident with those measured in experiment basically.     

基于莫尔层析技术诊断三维温度场

阐述了莫尔层析技术,利用计算机的层析算法,对三维温度场进行了诊断研究,给出了实验结果并作了相应的讨论.     

微喷管内气体流动的三维数值模拟

微尺度流体的流动仿真分析是微喷管优化设计的基础.采用Navier-Stokes理论对采用微机电系统技术制作的微喷管中的气体流动进行了三维数值分析,建立了微喷管流动的三维数学模型,给出了该模型的求解算法.对不同燃烧室压强和温度下的微喷管内气体流动的计算结果进行了分析,并与二维计算结果进行了比较.结果表明 微喷管内的流动状态没有因压强和温度的变化而发生根本性的改变; 在微尺度下,由于附面层效应,采用二维数值计算将高估微喷管的性能.     

Verification of topological relationship in 2-D grain growth process by simulation

Behaviors of the quasi-steady state grain size distribution and the corresponding topological relationship were investigated using the Ports Monte Carlo method to simulate the normal grain growth process. The observed quasi-steady state grain size distribution can be well fit by the Weibull function rather than the Hillert distribution. It is also found that the grain size and average number of grain sides are not linearly related. The reason that the quasi-steady state grain size distribution deviates from the Hillert distribution may contribute to the nonlinearity of the relation of the average number of grain sides with the grain size. The results also exhibit the reasonability of the relationship deduced by Mullins between the grain size distribution and the average number of grain sides.     

硫酸盐侵蚀混凝土的理论模型与数值仿真

针对一维工况下的硫酸盐侵蚀混凝土过程,基于Fick第二定律,考虑硫酸根离子的自由扩散作用以及铝酸三钙、水化铝酸钙、单硫型硫铝酸钙的消耗对其扩散的影响,建立了硫酸根离子扩散模型.利用Matlab软件编制程序,对硫酸盐侵蚀混凝土过程进行数值仿真,仿真结果和实测结果基本吻合,并揭示了混凝土试件内部硫酸根离子和铝酸三钙含量随侵蚀深度的变化规律.     

基于fluent的明渠水流三维数值模型验证

基于Tominaga和Nezu等人的矩形明渠试验模型数据,利用Fluent软件,分别采用刚盖假定方法和VOF方法,模拟明渠自由水面,对比研究不同宽深比条件下的明渠水流特性。通过分析研究得到:与刚盖假定法得到的模拟值相比,VOF模拟值更接近试验值,且VOF方法模拟得到数据显示在宽深比小于5时,垂线最大流速出现在相对水深0.6～0.8的范围内,这与传统理论研究也是相符合的。