混凝土基体材料断裂特性试验研究

以水泥净浆和水泥砂浆两种最为基础的混凝土基体材料为研究对象研究了它们的断裂特性.采用三点弯曲梁试件按强度和尺寸系列分别设计了3组断裂试件,获得了P-CMOD全曲线,并测得了起裂荷载.试验结果表明,即使在基体中加入粒径很小的骨料也会大大改善基体的断裂性能.水泥净浆并不是理想的脆性材料,它在断裂过程中也呈现出一定程度的非线性断裂行为,即在失稳破坏前存在着稳定的裂缝扩展过程,且这个过程随着抗压强度的提高而变短.试件尺寸越大起裂越早,裂缝稳定扩展阶段也越长.由此,根据水工混凝土断裂试验规程计算了水泥净浆和砂浆双K断裂参数,并对结果进行了分析讨论.     

圆CFRP-钢管混凝土受弯构件弯矩-曲率关系分析

以实验研究和圆CFRP-钢管约束混凝土在轴压力作用下的应力-应变关系为基础,应用纤维模型法模拟了16根圆CFRP-钢管混凝土受弯构件的弯矩-曲率关系。计算值与实验值符合良好,且偏于安全,表明纤维模型法用于分析圆CFRP-钢管混凝土受弯构件是可行的。分析了纵向CFRP层数和长径比对圆CFRP-钢管混凝土受弯构件力学性能的影响。总结了典型的圆CFRP-钢管混凝土受弯构件的弯矩-曲率关系曲线的特点。对于含有纵向CFRP的构件,其曲线可以分为三个阶段:弹性阶段、弹塑性阶段和软化阶段;对于不含有纵向CFRP的构件,其曲线可以分为三个阶段:弹性阶段、弹塑性阶段和塑性增强阶段。该方法也可用于圆钢管混凝土受弯构件的弯矩-曲率关系分析。     

高温后混凝土双G断裂准则分析

借鉴常温下能量型断裂模型,结合线弹性断裂力学和虚拟裂缝区上的粘聚应力分布,以能量释放率G作为断裂性能判定参数,建立高温后混凝土裂缝扩展的双G准则.该准则采用起裂韧度GIC,ini和失稳韧度GIC,un描述裂缝发展阶段,引入粘聚韧度GIC,c建立3种韧度之间的定量关系,并通过高温后楔入劈拉法试验进行验证.最后将能量法和应力法求得的断裂韧度值进行对比,发现两者能够很好吻合.     

混凝土断裂参数的灰关联分析

针对目前混凝土断裂试验数据少、较难应用传统统计方法进行分析的现状,将灰关联分析方法引入到混凝土三点弯曲梁和大型紧凑拉伸试件断裂参数的相关性分析中,考查了各断裂参数的相关性,讨论了各种相关性产生的原因．结果表明,三点弯曲梁的断裂韧度和断裂能有较大的尺寸效应,而紧凑拉伸试件的断裂参数无明显的尺寸效应,为混凝土的断裂分析提供了一个新的途径．     

碾压混凝土层面断裂试验研究

结合我国某大型水电站工程实际，对碾压混凝土的层面断裂韧度、断裂能进行了试验研究，为分析碾压混凝土重力坝的安全度提供了可靠的参考依据。     

小口径CFRP-方截面钢管混凝土受弯性能研究

为研究小口径CFRP-方截面钢管混凝土的受弯性能,使用钢管外径分别为30、32、35 mm的3种试件(分别命名试件A、B和C)开展12组三点弯曲试验,观察试件的破坏形态并获得荷载-位移曲线。通过测得试件应变变化,对试验构件受弯性能进行分析。利用有限元软件ABAQUS对试件进行非线性有限元分析,并对钢管与水泥之间的黏结能力、水泥立方体试块抗压强度以及CFRP布厚度3组参数进行参数敏感性分析。研究结果表明：钢管内填充水泥与外缠CFRP布均可以提高试件的抗弯承载力最大值以及抗弯刚度;当钢管、水泥、CFRP布3种材料结合在一起时,提升效果最为明显,A、B、C这3种试件的抗弯承载力最大值分别提高了81.6%、93.3%和92.6%;钢管内是否填充水泥与试件的最终破坏形态有明显关联。有限元分析与试验所得荷载-位移曲线吻合较好,破坏模式一致。CFRP布厚度对抗弯承载力最大值以及梁的抗弯刚度有明显影响。     

混凝土 Ⅰ-Ⅱ 复合型断裂试验的试件形式及试验装置系统

在总结分析有关研究的基础上，对进行稳定混凝土断裂试验所需的条件及试验测量误差进行了分析，提出了适于混凝土Ⅰ－Ⅱ复合型断裂试验研究的试件及其加载测量系统，并分析了引起测量误差的原因．结果表明，单边切口四点剪切梁是进行混凝土Ⅰ－Ⅱ复合型断裂研究较理想的试件之一     

混凝土内裂纹沿水泥石/骨料界面或穿透骨料发展的条件

采用有限元方法,通过计算能量释放率并与材料断裂韧性对比,对弯曲荷载下骨料/水泥石界面区域裂纹走向进行分析判定。研究了水泥石、骨料性质对裂纹走向的影响。计算结果表明,对于给定骨料的混凝土,随着混凝土抗压强度(σ_c)的增大,弯曲型裂纹和穿透性裂纹两种裂纹走向的能量释放率之比呈逐渐减小趋势,而界面与骨科的断裂韧性之比则逐渐增大。两曲线的交点为的临界点,对应的混凝土标准抗压强度称为临界抗压强度σ_(cr)。当σ_c<σ_(cr)时,裂纹将沿水泥石与骨料的分界面发展,形成弯曲型裂纹;当σ_c>σ_(cr)时,裂纹将穿透骨料发展,形成穿透型裂纹。骨料种类对于σ_(cr)值的影响较大,花岗岩骨料为80 MPa左右,卵石骨料为72MPa,石灰石骨料为58MPa。     

圆CFRP-钢复合管内填砼构件的受弯性能研究

对16根圆CFRP-钢复合管内填砼受弯构件以及4根圆钢管砼受弯构件开展静力试验并分析实验结果。对于未包裹纵向CFRP的试件,其荷载-跨中挠度曲线类似于对应的圆钢管砼构件的曲线;对于包裹纵向CFRP的构件,其荷载-跨中挠度曲线可以划分为以下几个阶段：弹性阶段、弹塑性阶段和下降段。圆CFRP-钢复合管内填砼受弯构件的延性要好于圆FRP筒内填混凝土受弯构件。对于具有相同钢管约束效应系数的试件。承载力提高率随着纵向CFRP层数的增大而增大。从加载之初直到最大承载力．钢管和CFRP筒在环向和纵向都可以协同工作。纵向受压最大点的环向扣应变最大,纵向受拉最大点的环向压应变最大,纵向受拉最大点的钢管对核心砼没有套箍作用。从加载之初直到大约0．8倍的极限承载力,试件纵向应变沿截面高度的分布基本符合平截面假定。纵向CFRP可以显著提高试件的刚度。     

基于双G准则的掺粉煤灰砼断裂性能研究

采用双G准则研究了掺粉煤灰混凝土的临界能量释放率,采用不同龄期、不同缝高比的掺粉煤灰混凝土梁做三点弯曲试验.试验表明,浇筑之后7d内,随着龄期的增长,临界能量释放率增长;7d后,临界能量释放率几乎不变化,并且不同缝高比对混凝土临界能量释放率影响不大.由此可以得出掺粉煤灰混凝土的断裂参数,并可作为材料的性能指标.     

4ENF黏聚解析模型分析

建立了Ⅱ型加载末端切口四点弯断裂试件黏聚模型,给出了界面破坏经历的弹性阶段、弹性-软化阶段、弹性-软化-脱黏阶段相应界面应力分布的解析表达式.为了验证该模型的正确性,对FRP-混凝土4ENF试件进行了有限元分析,在FRP-混凝土界面上设置黏聚单元,界面混凝土和胶层的非线性损伤都由黏聚单元的软化来反映.有限元分析与理论分析结果对照表明,该解析黏聚模型能精确预测4ENF的界面破坏.     

垂直于双材料非完美界面的裂纹断裂分析

当垂直裂纹到达两种材料界面时,其进一步的扩展受多种因素影响。采用线性弹簧模型模拟两种材料间的非完美界面,用能量释放率作为描述裂纹扩展的参量,结合有限元方法与虚拟裂纹闭合技术（VCCT）,提出了一种垂直于双材料非完美界面裂纹扩展能量释放率的计算方法;研究分析了能量释放率的影响因素。结果表明,界面参数对能量释放率有较大影响,尤其是沿裂纹法线方向的界面参数对能量释放率影响更大,存在上、下临界的界面参数,当界面参数大于上临界值或小于下临界值时,能量释放率达到极值,基本不受界面参数的影响;当裂纹在较软材料内时,能量释放率随着裂纹逐渐靠近界面而减小,反之,能量释放率增大;能量释放率随材料二弹性模量的增大而减小,随外载荷及裂纹长度的增大而增大,且外载荷及裂纹长度越大,能量释放率的增幅越大。     

对功能梯度材料的弹性断裂力学分析

功能梯度材料是一种新型材料。功能梯度材料的断裂力学分析属于非均匀材料断裂力学范畴。结合最新研究成果,从裂纹尖端应力场和裂纹扩展两个方面,阐述了功能梯度材料弹性断裂分析的研究方法和主要结论。     

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．     

大理岩II型断裂规律试验及数值模拟分析

通过对预制裂纹的大理石矩形板的剪切试验,分析了加载方式和预制裂纹的几何参量a/w对岩板产生II型断裂模式的影响.当a/w<0.30时,岩板在2种加载方式下均能沿预制裂纹尖端连线发生II型剪切断裂;当a/w>0.30时,岩板的断裂模式以I型张拉裂纹为主.通过有限元计算所得岩板内部状态参量的分布规律,利用最小二乘法对计算所得的KII因子进行多项式拟合,建立相应边界条件下几何修正函数,并通过试验计算断裂韧度KIIC.最后,利用辅助劈裂试验,验证了a/w对岩板II型断裂的影响的实质是由于岩板的预制裂纹外部的岩石优先开始发生劈裂.     

不同替代率石墨尾矿砂混凝土断裂试验

石墨尾矿砂是石墨生产过程中的副产品,堆积过多不仅占用土地资源而且污染环境。为了解决传统混凝土中细骨料砂的替代问题,本文探究不同替代率的石墨尾矿砂混凝土在不同加载速率作用下的断裂性能变化规律。通过不同替代率、不同加载速率下的三点弯曲断裂试验,研究其对尾矿砂混凝土断裂性能的影响,分析其破坏形态、断裂韧度和断裂能。研究结果表明：随着加载速率的提高,石墨尾矿砂混凝土的断裂韧度和断裂能呈上升趋势,加载速率越大、断裂韧度和断裂能越大;石墨尾矿砂的掺入有利于提高混凝土的断裂性能和延性,在石墨尾矿砂替代率为0%~30%的范围内,替代率越高,裂纹延伸速度越缓慢,产生的裂纹宽度越小且断裂韧度及断裂能提升效果越为显著。     

钢制气体管道动态裂纹扩展的温度效应

针对发生在钢制气体传输管道中的动态断裂问题，采用节点力释放技术和生成模式，分析了温度效应对动态裂纹扩展的影响。结果表明，当裂纹扩展速度为６００ｍ／ｓ时，鲜明尖区域温度升高达９０℃以上。并导致能量释放率明显的下降，降幅达１２％，因此，在分析钢制气体管道裂纹扩展时不能忽略裂尖区域温度升高对动态断裂行为的影响。     

基于广义最大周向应变准则的断裂特性研究

裂纹尖端应力场的非奇异性常数项(T应力)对脆性或准脆性材料的断裂特性及裂尖塑性区的形状和大小都有显著的影响.为了探究T应力对脆性或准脆性材料Ⅰ～Ⅱ复合型断裂特性的影响规律,基于先前研究中提出的计及T应力影响的广义最大周向应变准则进一步讨论了T应力、裂纹尖端的临界距离r0和泊松比y对中心裂纹圆盘试件的裂纹扩展路径以及临界...     

超高压烧结Si3N4陶瓷断口形貌与韧性的研究

研究不同制作条件下Ｓｉ３Ｎ４陶瓷断口形貌与韧性的关系，当温度在１１６０～１３４０℃烧结时断口平面凹凸不平起伏很大，具有较好的韧性．当加入烧结助剂总量达质量百分数９％时，过多的烧结助剂会形成低熔点化合物存在于片层组织之间，降低了Ｓｉ３Ｎ４陶瓷的强度与韧性．