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再生混凝土细观数值试验

细观上,把混凝土看成是由骨料、砂浆以及它们之间的界面等组成的多相复合材料,对于光滑的球形骨料,预先进行镶边处理,并在此基础上首先对封闭域形成表面单元,然后采用拓扑映射的渐变网格剖分方法往里拓扑成四面体单元网格,按同样方法依次生成界面单元网格和砂浆单元网格,删除表面单元和多余节点后形成混凝土试件的三维细观有限元网格模型。采用该细观有限元模型进行再生混凝土的单轴压缩数值破坏试验,结果表明,该网格模型在单机环境下很快的就能完成数值试验,与以往的自由网格剖分法和映射网格剖分法生成的细观有限元模型相比不仅在计算规模上大大缩小了,而且模拟的破坏形态与实际非常吻合,精度也很高。     

刚性弹侵彻混凝土靶细观尺度模型的建立

与宏观尺度模型相比,混凝土细观尺度模型能够更加全面准确地描述混凝土的力学行为。编写了三维随机球形粗骨料的生成和投放程序,并采用一种基于背景网格的材料识别技术完成了水泥砂浆、粗骨料、界面过渡区三种网格的生成,建立了三维三相混凝土细观有限元模型。基于这一模型,运用连续有限元软件对刚性弹侵彻混凝土过程进行了仿真模拟。结果表明,与宏观模型相比混凝土细观模型能够更加真实地反映侵彻过程中混凝土的力学行为。     

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。     

基于matlab-混凝土二维细观结构数值模拟骨料随机投放

为了研究混凝土细观力学现象,对混凝土力学行为进行数值模拟,采用二维细观结构数值模拟骨料随机投放,为进行混凝土有限元细观力学分析提供了数值结构模型.采用matlab软件建立了混凝土骨料随机投放模型,其中考虑混凝土为由骨料、砂浆及二者之间的黏结界面组成的三相复合材料,在投放过程中,以骨料面积比例为基本参数、黏结界面厚度取骨...     

混凝土细观数值试验的随机损伤本构模型

混凝土在细观尺度下是由粗骨料、砂浆和界面过渡区(ITZ)组成的三相复合材料。目前考虑细观尺度上这三相之间力学性能的不同,已经进行了大量的细观数值试验研究。然而混凝土为典型的多尺度材料,在细观尺度下混凝土各相自身也是非均质的。鉴于此,提出了细观尺度下代表性体积单元(RVE)的随机损伤本构模型,并编制了相应的有限元程序。利用编制的程序,进行了随机骨料模型单轴拉伸和压缩数值试验;并进行了双骨料试件单轴拉伸数值试验。结果表明,该模型虽然结构简单,但能较好地反映混凝土的主要宏观力学行为和细观损伤的产生和演化发展。最后,通过参数敏感性分析,阐明了不同模型参数对混凝土宏观力学特性的影响。该模型可为混凝土细观数值试验研究提供支撑。     

小尺寸弹体对金属骨料复合靶侵彻破坏效应初步分析

针对小尺寸弹丸对混凝土侵彻破坏,根据以砂浆为基体、金属颗粒为骨料的复合靶体细观结构特性,采用VC++程序,采用背景网格映射法,建立由随机金属颗粒、砂浆、粘结过渡层组成的复合材料三维细观数值模型. 在此基础上采用动力有限元程序开展了弹体侵彻复合靶细观数值模拟;用正交数值实验分析方法,对弹体着靶速度、骨料强度与骨料模量3个参数对侵彻破坏效应的影响进行了统计分析.     

用刚体弹簧元法研究全级配混凝土力学性能

提出了采用刚体弹簧元法在细观层次上对全级配混凝土的力学特性及破坏机理进行数值研究的方法.该方法首先根据全级配混凝土骨料级配曲线和Walraven函数,使用蒙特卡罗随机理论建立起考虑细观各相力学特性分布不均匀性的随机骨料结构,并对其进行三角形或任意多边形的网格剖分;然后应用刚体弹簧元模型,对全级配混凝土在单轴及双轴荷载下的变形和力学性能进行了系统性的数值试验,并探讨了不同骨料级配及试件尺寸对混凝土力学性能的影响.与实际试验结果的比较表明运用该方法数值模拟全级配混凝土的力学性能是可行的.     

混凝土初始损伤细观结构特性数值试验研究

细观结构特性是混凝土材料最重要的特性之一,细观结构参数的改变直接影响混凝土弹性模量、抗拉抗压强度等宏观力学性能变化.首先采用混凝土随机骨料模型进行混凝土细观数值试验,将混凝土看成由骨料、水泥砂浆以及两者之间的界面过渡区(ITZ)组成的三相复合材料,并在水泥砂浆中引入不同孔径、孔隙率的孔隙,使用有限元分析软件MSC.Marc,通过数值试验研究了孔径、孔隙率对混凝土抗拉抗压强度和弹性模量的影响规律.试验结果表明:混凝土弹性模量在同一孔径下随着孔隙率的增长呈线性下降,在同一孔隙率下随着孔径增大呈对数下降;混凝土抗拉抗压强度随着孔隙率和孔径增大呈对数下降.其次,将数值试验结果与经验公式进行了对比,验证数值试验结果的正确性.最后,根据数值试验结果,建立了混凝土初始损伤与孔隙率和孔径之间的关系,描绘了细观尺寸下混凝土的初始损伤面,为建立混凝土细观结构参数和宏观力学特性之间的联系,改善混凝土的力学性质打下了基础.     

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.     

多尺度椭圆形集料尺寸分布对混凝土边界效应的影响

为了探讨集料对混凝土边界效应的影响机理,利用计算机模拟技术,分析了在等体积分数分布下多尺度椭圆形集料的最大粒径和面积分数对混凝土边界效应的影响.基于体视学理论,在构造的多尺度椭圆形集料随机堆积模型中,采用线采样的方法获取模型化混凝土结构的固相体积分数.模拟结果显示,混凝土结构中固相体积分数曲线形状和界面过渡区厚度随集料...     

混凝土骨料有限元模型自动生成方法

针对圆形、椭圆形、多边形三种剖面形状的骨料夹杂分别给出了混凝土的二维有限元建模方法,为细观结构研究提供了全自动的建模工具．提出了一种新的以面积为标度的任意两椭圆骨料侵入的判别准则,有效地克服了椭圆形骨料几何模型生成中的效率瓶颈问题;提出了综合考虑边数、形状、尺寸等随机特性的多边形骨料生成方法,并简单有效地保证了多边形骨料为凸的性质,使所建的随机几何模型能够更好地模拟人工骨料和再生骨料;对生成的几何模型,运用改进的推进波前法一次性生成所有骨料的有限元网格,为进一步的复合材料细观结构和宏观力学性能的多尺度计算打下了基础．最后用几个算例验证了算法的有效性。     

水泥基复合材料湿度扩散特性细观数值模拟研究

运用Weibull统计分布方法描述材料的非均匀性,并结合质量扩散与统计分布理论建立了水泥基复合材料湿度扩散的细观数值模型.对水泥基复合材料内湿度变化规律的数值模拟研究表明：砂浆的湿度场不仅受温度的影响,还受到湿度本身的影响,湿度和温度的升高对湿度的扩散具有加速作用.砂浆的细观非均匀性对湿度扩散影响显著.试样的均匀程度越低,其内包含的孔隙就越多,这有利于湿度的扩散;反之,如果试样的均匀程度越高,则越不利于湿度的扩散.砂浆试样的宏观有效湿度扩散系数随Weibull分布函数中均质度系数的增加呈负指数衰减趋势.在混凝土中,骨料颗粒占有较高的体积分数,而其湿度扩散性能却较低,这在一定程度上降低了混凝土的宏观湿度扩散性能.研究结果表明,混凝土的湿度扩散系数随其骨料含量增加基本呈线性递减变化关系.     

爆炸荷载下钢筋混凝土T梁的应变与损伤分析

为了探究在爆炸荷载作用下,钢筋混凝土T梁桥的损伤状况及动态响应规律,制作了钢筋混凝土T梁桥,预先埋入5个压电智能骨料用以监测桥梁模型的损伤状态,在翼板和腹板粘贴6组应变片,测量在爆炸荷载作用下的模型应变值的变化规律,进行对比分析。结果表明,模型翼板上的相同测点位置的横向应变均大于其纵向应变,腹板上的相同测点位置的纵向应变均大于其横向应变;利用智能骨料的主动监测技术,监测结果显示了模型内部的损伤程度。说明压电智能骨料可以对模型在爆炸荷载作用后的损伤程度提供判定依据;应变结果与损伤结果均显示,钢筋混凝土T梁桥的翼板比腹板更容易产生破坏。     

随机凹凸型骨料在混凝土细观数值模型中配置算法研究

混凝土细观结构随机骨料数值模型的建立及其损伤破坏力学分析,可为混凝土宏观强度分析研究提供依据.适于满足各类指定的骨料级配曲线,针对任意形状、大小的骨料颗粒的生成与投放过程提出了一种改进算法,突破了传统凸形骨料的投放限制,使细观数值模型更接近于混凝土试件断面的实际.具体实现过程中,基于计算机图形学多边形重叠判断及区域填充算法,来消除预投放骨料间的交叠现象.此外,利用粒径极值比来控制骨料形状.还提出骨料颗粒投放过程的用户微干预方法,比较传统完全随机法,提高了投放的成功率及效率.算例验证了骨料的实际投放效果.     

轻集料颗粒群特征对混凝土力学性能的影响

运用数字图像处理技术研究轻集料的颗粒群特征,采用多种参数表征轻集料颗粒群的粒度和粒形特征.在此基础上,通过灰色关联分析,研究轻集料颗粒群特征对混凝土力学性能的影响.结果表明,当轻集料颗粒群比表面积在520 m2·m-3以上并且颗粒长宽比低于1.34时,所配制的轻集料混凝土能同时达到较高的抗压强度和抗折强度.这为高性能轻集料混凝土的配制提供了依据.     

自密实轻骨料混凝土抗离析性控制与试验方法

轻骨料混凝土容易出现因轻骨料上浮而导致的混凝土离析现象,严重影响混凝土质量.通过对混凝土基体中骨料的受力和运动状态进行分析,研究了影响混凝土骨料上浮和下沉的主要因素.并在此基础上,结合普通自密实混凝土和轻骨料混凝土的配合比设计方法,设计了2种28d抗压强度分别为42.6MPa和50.1MPa的自密实轻骨料混凝土,通过湿筛试验、粗骨料分层试验、试件断面切片试验以及观察的方法验证了所设计的自密实轻骨料混凝土具有良好的抗离析性能.