随机再生骨料增强混凝土受压应力-应变关系

为研究再生混凝土材料的力学性质,应用ANSYS的APDL参数化编程和AUTOCAD几何功能,生成含随机分布再生骨料、粘结界面和水泥砂浆基体的三相复合材料的细观模型,从细观力学的角度建立再生混凝土材料的非线性损伤本构方程,模拟再生混凝土材料单轴受压时的细观破坏过程,分析界面强度和损伤参数对再生混凝土材料的抗压强度的影响,所得应力-应变关系体现了再生混凝土材料的应变软化现象,与现有的试验结果相比,具有较好的一致性.     

再生混凝土细观层次的数字图像模型分析

针对再生混凝土已有细观骨料模型算法复杂、建模理想化和处理技术手段传统等问题,基于真实骨料图像,结合数字图像处理和边界矢量化技术,通过ANSYS软件的参数化语言编程,建立了再生混凝土数字图像细观模型。应用数字图像细观模型模拟了单轴受压立方体试块的应变云图,分析了宏观力学响应和再生粗骨料对再生混凝土抗压强度的影响。研究结果表明:大多数再生混凝土裂纹从大骨料边界产生、发展和形成。再生粗骨料掺量(质量分数)在50%内的再生混凝土,不同骨料模型模拟的抗压强度值不同。本文提出的数字图像细观模型模拟结果均符合试验现象和力学规律,证明了建模方法的合理性和有效性。     

再生骨料替代率对混凝土单轴压缩力学性能的影响

针对设计水灰比为0.66的再生骨料混凝土开展单轴压缩试验,获得5种骨料替代率对应应力-应变全曲线,以此研究替代率对再生混凝土强度和变形性能的影响.结合统计损伤理论,考虑材料细观非均质性,探讨骨料替代率对再生混凝土细观损伤演化机制的影响.结果表明,再生骨料替代率对混凝土宏观应力-应变行为影响显著,随着替代率的增大,峰值应力先减小后增大,峰值应变单调增长;整个变形过程呈现出分布式损伤和局部破坏两阶段特征.利用统计损伤模型能够定量分析出再生混凝土细观损伤演化过程,考虑断裂和屈服两类损伤模式.随着再生骨料替代率的增大,表征细观损伤非均质演化过程的特征参数呈现出明显规律性的变化,与内部化学物理机理、宏观非线性应力-应变行为之间表现出良好的一致性.屈服损伤模式在整个过程中起到关键的作用.     

再生骨料的分布对再生混凝土抗拉性能的影响

目的研究再生骨料分布这一细观特征对再生混凝土作用机理及宏观力学性能的影响,丰富再生混凝土的相关理论.方法针对再生骨料取代率为50%、设计强度为C30的再生混凝土,在CAD中建立20个不同的二维再生混凝土细观骨料分布模型,定义再生骨料分布均匀性系数α,将模型导入ABAQUS对其进行单轴拉伸数值模拟.结果当再生骨料分布过于均匀或分散,即当α0.338或α0.483时,再生混凝土抗拉强度较低;当再生骨料分布均匀性适中,即α∈[0.338,0.483]时,抗拉强度较高.结论不同α的再生混凝土受拉破坏机理相同,α仅影响裂缝位置及裂缝穿过再生骨料的数量,且抗拉强度及变形能力随着α的改变而呈规律性变化.     

再生混凝土粗骨料增强水泥材料力学性能简析

针对水泥混凝土路面设计规范中对基层材料的要求,对再生骨料混凝土的抗压强度及弯拉强度的试验结果做了基本分析,并分析了用细观力学方法计算再生骨料增强混凝土材料有效力学性能的基本方法。     

不同应变率下再生混凝土动态力学性能分析

基于动态损伤问题的势能原理基面力元法,利用再生混凝土随机圆骨料模型,针对应变率敏感性对再生混凝土动态力学性能的影响问题进行研究,讨论了不同应变率(10-5/s~10-2/s)下,再生混凝土立方体试件的应力—应变关系的变化规律。研究结果表明:随应变率的增大,试件的峰值应力、弹性模量逐渐增大,基面力元法可以用于模拟再生混凝土细观结构和宏观动态力学性能的关系。     

基于改进随机骨料模型的含砖再生混凝土损伤破坏研究

细观数值模拟进行材料特性研究的重要手段.本文将含砖再生混凝土看成砂浆、废弃砖、废弃混凝土和界面的多相复合材料,对其进行简化,将粗骨料简化成不规则凸多边形,借助于级配理论,按照废砖和废弃混凝土配比随机地对骨料进行参数化,建立改进的二维随机骨料有限元模型,进行单轴压缩破坏过程模拟,结果可知:(1)随着位移加载增大,横向变形呈左右大,中间小,废弃砖含量越大,变形越大;(2)在同一水平位移荷载作用下,含砖再生混凝土破坏时间较早,损伤区位于红砖与界面交接的红砖内部,这和不含砖再生混凝土从界面开始破坏的现象不同;(3)在屈服破坏之前,单轴压缩应力应变模拟值和实测值相吻合,达到最大应变后二者存在一定偏差,表明对再生混凝土细观材料破坏准则的描述还不合理,有待于进一步改进.     

再生混凝土力学性能的应变率敏感性数值模拟

基于九骨料模型再生混凝土建立了有限元模型,研究了再生混凝土力学性能的应变率敏感性以及细观相材料应变率敏感性对其的影响,并讨论了再生粗骨料取代率和新、老砂浆强度对再生混凝土应变率敏感性的影响.结果表明,该有限元模型能较好地模拟再生混凝土力学性能的应变率敏感性;再生混凝土峰值应力和弹性模量随着应变率的增大近乎线性增大,且弹性模量呈现更加均匀的增长趋势;相比骨料和界面过渡区,砂浆的应变率敏感性对再生混凝土整体应变率敏感性起主导作用;再生粗骨料取代率增大或新、老砂浆强度降低时,再生混凝土的弹性模量应变率敏感性增大,但它们对再生混凝土峰值应力应变率敏感性的影响有所不同.     

基于随机骨料模型的再生混凝土单轴压缩数值模拟

采用计算机语言MATLAB自编基于塑性损伤本构关系的再生混凝土随机骨料程序,利用大型软件ABAQUS建立再生混凝土双界面细观结构计算模型,对模型的抗压性能、应变峰值、应力分布、损伤状态等关键性能进行了系统的计算分析,研究了不同界面砂浆强度、厚度等因素对再生混凝土关键性能的影响。结果表明:单轴压缩荷载作用下再生混凝土的内外界面区域出现损伤破坏,其原因是该区域存在拉应力集中和剪应力集中;在较弱的界面区最先出现损伤,之后损伤逐渐向砂浆区域扩展;新老砂浆的强度对再生混凝土抗压性能的影响显著;老硬化砂浆在一定程度上弱化了再生混凝土的性能。     

模型再生混凝土单轴受压应力分布特征

根据再生混凝土各相材料的力学特性,对模型再生混凝土进行细观数值分析,获取模型再生混凝土单轴受压下内部应力分布特征.通过变参数分析,讨论不同天然骨料、界面过渡区和老硬化砂浆的力学参数对模型再生混凝土应力分布特征的影响.结果表明,模型再生混凝土天然骨料之间的新老界面过渡区处存在拉应力和剪应力集中现象;天然骨料弹性模量增大,应力集中现象愈加明显,界面过渡区弹性模量增大,应力集中现象则逐渐减弱,老砂浆弹性模量增大应力集中特征变化不大.     

基于超声检测的废弃纤维再生混凝土弹性模量试验研究

为研究长期持荷损伤后再生骨料取代率和废弃纤维掺入对再生混凝土弹性模量的影响规律,制备了再生骨料取代率为0、50%、100%,废弃纤维体积掺入量为0.08%的废弃纤维再生混凝土试件,进行了混凝土标准弹性模量试验和超声波无损检测试验。结果表明：弹性模量与超声波速呈线性正相关,在宏观尺度上表现为抵抗弹性变形的能力减小,在细观尺度上表现为混凝土和再生混凝土中界面强度降低。纤维的桥接作用可以阻断微裂缝的开展抑制废弃纤维再生混凝土内部损伤的演化,从而提高了再生混凝土的弹性模量。超声波速随着应力水平和时间的增加而减小。采用中国、美国、欧洲规范计算废弃纤维再生混凝土弹性模量,中国规范《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)和欧洲规范《混凝土结构设计》(BS EN 1992-1-1—2004)计算值与超声检测值相差0.9%～8.4%和0.3%～12%,超声波无损检测法可进行长期损伤后的再生混凝土和废弃纤维再生混凝土弹性模量的定量分析。     

基于ANSYS参数化语言的隧道混凝土二维细观力学模型的实现

从细观力学的角度,结合蒙特卡罗法对隧道混凝土细观模型进行的研究讨论,基于ANSYS的参数化语言实现了隧道混凝土二维细观骨料模型,从而为隧道混凝土的细观力学研究提供了重要的基础。     

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。     

混凝土宏观力学参数估算研究现状及发展趋势

综述了混凝土类材料宏观力学参数估算中细观夹杂理论的解析方法和细观数值试验的数值方法的研究现状,重点介绍了界面连接完好的混凝土类材料有效模量估算的一些分析方法,并对细观夹杂理论和细观数值试验方法的发展趋势进行了展望,认为今后的研究热点将是针对混凝土中界面连接不完好和基体材料非线性这两个根本特征下的有效强度估算以及体现混凝土细观特征的宏观本构关系的建立.     

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...     

基于3种细观层次再生混凝土骨料模型的对比分析

运用ANSYS有限元软件的参数化设计语言,建立了再生混凝土随机圆形和随机多边形细观骨料模型,应用数字图像处理技术建立了再生混凝土数字图像骨料模型.运用3种模型模拟了再生混凝土的宏观力学响应、单轴受压立方体试块强度和应变变化过程,将模拟结果和实验结果进行对比分析.从模型建立过程和数值模拟结果等,总结对比3种模型,推荐随机多边形骨料模型.结果表明,随机多边形骨料模型符合真实的骨料分布特征,数值模拟结果符合实验结果和力学规律.     

非均质混凝土细观数值模型及其在双边裂纹加载中的应用

基于混凝土细观层次的结构特征,通过Weibull随机分布函数引入材料的非均匀性,结合细观单元的弹塑性各向异性损伤模型,建立了非均质混凝土破坏过程的细观数值模型。然后运用所建立的细观数值模型,对双边裂纹非均质混凝土在双轴加载条件下的渐进破坏过程进行了数值试验,所得结果与Suaris的试验结果基本一致,从而验证了所建立的模型的合理性,为从细观层次研究混凝土的渐进破坏过程、揭示混凝土的破坏机理提供了一种新的数值试验手段。     

计算机断层扫描技术在混凝土细观力学中的研究进展与热点分析

混凝土作为一种典型非均质多相材料,其宏观性能取决于细观乃至微观结构组成及各组分基本物理力学性能,计算机断层扫描(computed tomography, CT)技术因其无损、高效及高精度等特点,在混凝土细观力学研究中有着得天独厚的优势。综述了光学技术、声波技术及CT技术在混凝土细观力学试验中的研究进展,对比了三者的优势与局限性;从图像获取、图像处理、三维重建与模型建立等3个步骤详细论述了基于CT图像的混凝土细观模型建立;利用CiteSpace软件可视化分析CT技术在混凝土细观力学中的研究热点;对CT技术与数字图像技术在混凝土细观力学的研究进行了总结与展望。     

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.     

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.