含砖再生混凝土细观损伤机理数值模拟研究

为研究再生砖混凝土力学性能和损伤破坏机理，将再生骨料形态视为随机凹凸多边形，将再生砖混凝土视为废砖骨料、废弃混凝土骨料、新旧砂浆、废砖—新砂浆、骨料—旧砂浆、新-旧砂浆等七相非均质复合材料，基于PYTHON的ABAQUS开发程序建立了不同骨料投放率、不同砖量的再生混凝土数值模型，对粗骨料投放率为45%的含砖再生混凝土进行了细观力学性能计算分析，并研究了含砖再生混凝土在荷载作用下的损伤破坏模式。结果表明，该算法建模高效，能够建立不同骨料投放率、不同砖量的含砖再生混凝土细观模型，能满足一定工程需求；再生砖混凝土的峰值应力和弹性模量随砖量的增加而逐渐降低，而峰值应变随砖量的增加而增大；不同砖量的混凝土损伤破坏形态基本一致。     

三维球形随机骨料混凝土细观数值模拟

为了在细观层次上进行混凝土数值模拟,将混凝土视为骨料、砂浆以及二者之间的界面层组成的非均匀复合材料,利用Matlab编程语言结合蒙特卡罗方法实现了混凝土细观结构三维球形随机骨料模型的自动生成,并通过四级配混凝土骨料生成投放试验和三级配混凝土劈拉试验进行了验证。结果表明,所建模型骨料投放含量能达到58%左右,可满足大体积、全级配混凝土的骨料投放模拟。     

基于宏—细观模型的石漫滩水库重力坝开裂机理研究

为了弄清石漫滩水库混凝土重力坝坝体运行期裂缝形成机理，采用APDL语言中的ESEL命令并配合局部坐标系的旋转来完成随机骨料的投放方法，构建了石漫滩大坝^#9非溢流坝段的三维宏-细观有限元模型，通过模拟计算，分析了运行期大坝的裂缝成因。结果表明，该方法可快速生成三维球形及多面体形骨料，大大提高了骨料的生成效率；采用宏-细观模型计算的结果与大坝的实际裂纹分布情况更为符合，周期性的冬季快速温降及夏季快速温升对运行期混凝土坝开裂的影响不容忽视。     

混凝土界面过渡区力学性质的非均质性对混凝土强度和损伤演化的影响

采用PFC3D软件，生成了结构上含三维随机骨料、界面过渡区在力学性质上服从Weibull分布的颗粒集合体模型，研究了混凝土中界面过渡区力学参数的非均质性对混凝土宏观力学性质和损伤演化的影响。研究结果表明，界面过渡区的非均质性对混凝土的宏观力学性质产生了很大的影响，随着界面过渡区均匀性指数的增加，混凝土模型的单轴压缩强度和弹性模量均增加，且均匀性指数和单轴压缩强度、弹性模量拟合呈指数函数关系；界面过渡区的非均质性对微裂纹萌生和损伤演化产生很大影响，损伤演化大致分为初始损伤阶段、损伤稳定发展阶段、损伤破坏阶段三个阶段；随着均匀性指数的增加，损伤变量门槛值逐渐下降，两者呈指数函数关系。     

骨料粒径与纤维长度对玄武岩纤维混凝土力学性能影响研究

为研究骨料粒径及纤维长度对玄武岩纤维混凝土力学性能的影响，考虑了三种骨料粒径和三种玄武岩纤维长度，设计并制作了108个混凝土试件(立方体试件72个，棱柱体试件36个),并对其进行了轴压试验、劈裂抗拉试验和抗折试验，分析了各参数对抗压强度、劈裂抗拉强度及抗折强度的影响规律，使用随机纤维脚本进行了ABAQUS有限元建模分析，并提出了相应强度计算方法。结果表明，随着骨料粒径的增长，基体混凝土的力学性能有所提升。而掺入玄武岩纤维后，混凝土的力学性能增大幅度较骨料粒径提升大。30 mm骨料粒径的混凝土在掺入18、24 mm玄武岩纤维时的力学性能相对较好。所编写的随机纤维脚本在ABAQUS有限元建模结果与试验结果吻合较好，考虑骨料粒径和玄武岩纤维长度的双参数影响的计算方法具有较好的适用性。     

混凝土早龄期收缩开裂细观力学机理研究

缓减混凝土早龄期收缩开裂是提升混凝土结构耐久性和防水性能的关键环节,对此研究了基于细观力学的混凝土早龄期收缩开裂机理。采用随机骨料模型对混凝土内粗骨料、砂浆和界面过渡区(ITZ)进行参数化建模生成混凝土细观结构,建立混凝土细观数值模型,针对现行试验规范,确定模拟所需力学参数并验证计算方法。结果表明,混凝土早龄期的收缩应变随时间的变化趋势受粗骨料随机分布的影响不大,不同分布形式下的混凝土24 h收缩应变值最大相对误差为7%;平板混凝土试件早龄期的收缩裂缝沿着裂缝诱导器尖端区域的ITZ单元发展,不同粗骨料分布形式下的裂缝面积最大相对误差为9.5%。     

非均质性对混凝土材料力学性能的影响

基于混凝土材料内部结构的非均质性,建立了混凝土三相介质随机骨料模型,在此基础上对所建立的模型进行了数值模拟分析,结果表明,内部结构的不同对试件内部裂纹的形态和分布特点具有较显著的影响,而对试件整体的强度影响不大,进一步证明了分析混凝土材料力学性能时采用随机骨料模型的可行性和合理性。     

岩锚梁混凝土施工期裂缝成因分析

针对岩锚梁混凝土结构施工期开裂问题,分析了产生混凝土不利应力的主要荷载,利用ANSYS、基于实测岩壁不均匀最大位移量进行了弹性有限元计算,并分析了计算结果.通过对岩锚梁有限元温度场和应力场的仿真计算与分析,获得了混凝土内的温度分布及其经时变化是引起开裂的主要原因.     

基于随机多边形骨料再生混凝土抗氯离子侵蚀研究

基于氯离子扩散模型和骨料级配理论，采用PYTHON语言和COMSOL软件构建再生混凝土随机多边形骨料细观计算模型，并结合已有试验结果验证模型有效性，开展新老砂浆扩散系数、老砂浆厚度及再生骨料取代率等不同工况下再生混凝土抗氯离子侵蚀计算分析，研究氯离子在再生混凝土内部的扩散规律及各细观组分等关键因素对再生混凝土抗氯离子侵蚀的影响规律。结果表明，模拟结果与试验结果吻合较好，该方法能较好地模拟氯离子在再生混凝土内部的扩散过程；再生混凝土氯离子扩散浓度与深度的关系曲线呈现不连续性特征；随着新老砂浆扩散系数的增加，混凝土内氯离子浓度逐渐增大；再生混凝土抗氯离子侵蚀能力随老砂浆厚度、再生骨料取代率的增加而降低。     

水电站垫层蜗壳外围混凝土结构受力分析

以某工程为例,对垫层蜗壳进行了三维非线性有限元计算,研究了混凝土承载比计算方法,考虑有无伸缩节和止推环的影响,从机墩结构不均匀上抬位移和混凝土承载比两方面,对摩擦系数、垫层刚度系数、垫层平面包角、子午断面包角进行比较和分析。结果表明,除有无伸缩节、止推环因素外,其他参数对机墩不均匀位移和混凝土承载比均有影响,其中垫层刚度系数影响最大,平面包角其次,摩擦系数和子午断面包角仅对混凝土承载比有一定影响。     

基于粘结裂缝模型的混凝土细观力学特性模拟

混凝土细观力学特性的数值模拟,很大程度上取决于骨料模型和混凝土裂缝模型的选择是否合理、有效。为此,首先利用块体切割法生成混凝土随机多边形骨料模型;然后对骨料模型划分网格,并通过粘结单元嵌入算法实现了砂浆之间、骨料与砂浆单元间零厚度粘结单元的插入;最后利用Abaqus软件进行了混凝土试件的单轴拉伸数值模拟。结果表明,模拟得到的混凝土抗拉强度值与试验值吻合较好,可见该方法能较好地研究混凝土的力学性能。     

配合比参数对混凝土硫酸盐冻融破坏的影响

以用于渠道衬砌的混凝土为例,利用二次通用旋转组合设计优化渠道衬砌用混凝土配合比参数,选取粉煤灰、矿渣、粗骨料体积率、水灰比4个因素,以渠道衬砌用混凝土硫酸盐冻融300次后的相对动弹性模量为指标,建立回归模型,通过对试验结果的方差分析及对所建立模型的优化得到混凝土的最优配合比。结果表明,混凝土抗硫酸盐冻融最优参数为粉煤灰掺量110kg/m^3,矿渣掺量70kg/m^3,粗骨料体积率为0.335,水灰比0.4,在该最优条件下混凝土相对动弹性模量为90%,二次通用旋转组合设计优化所得混凝土配合比具有良好的抗冻耐久性。     

地震荷载作用下水电站厂房结构的振动应力分析

结合三峡右岸电站某机组段建立了三维数值计算模型,采用有限元与无限元耦合系统模拟水电站厂房结构无限域地基问题并应用时间历程分析法进行地震荷载作用下的动力响应计算。在蜗壳结构外围混凝土发生塑性损伤的基础上,分析了电站厂房在地震动荷载激励下各部位混凝土结构、流道系统金属结构的振动应力峰值。结果表明,地震荷载作用下混凝土结构的振动应力水平较低,对混凝土动力强度复核影响不明显,流道系统金属结构的振动应力水平较低,不会发生因强度不足而引起的破坏。     

面板坝三维有限元模型接触单元的自动生成及应用

根据面板堆石坝典型的趾板结构布置方式,研究了面板坝趾板建于覆盖层上和基岩上两种情况下接触面和接缝的特点,在控制断面超单元自动剖分法生成不带接触单元的三维有限元模型的基础上,提出了追加接触单元的网格自动生成方法,并编制了相应程序.利用该自动生成程序,建立了某面板坝的三维有限元模型,计算分析了其接触单元的变形量,计算结果符...     

Modeling the 3-D radiation of anisotropically scattering media by two different numerical methods

An original model and code for 3-D radiation of anisotropically scattering gray media is developed where radiative transfer equation (RTE) is solved by finite volume method (FVM) and scattering phase function (SPF) is defined by Mie Equations (ME). To the authors’ best knowledge this methodology was not developed before. Missing the benchmark, another new 3-D model and code, which solve the same problems, based on a combination of zone method (ZM) and Monte Carlo method (MC), as a solution of RTE, is developed. Here SPF is also calculated by Mie Equations. The conception ZM + MC is numerically expensive and is used and recommended only as a benchmark. The 3-D rectangular enclosure and the spherical geometry of particles are considered. The both models are applied: (i) to an isotropic and to four anisotropic scattering cases previously used in literature for 2-D cases and (ii) to solid particles of several various coals and of a fly ash. The agreement between the predictions obtained by these two different numerical methods for coals and ash is very good. The effects of scattering albedo and of wall reflectivity on the radiative heat flux are presented. It was found that the developed 3-D model, where FVM was coupled with ME, is reliable and accurate. The methodology is also suitable for extension towards: (i) mixture of non-gray gases with particles and (ii) incorporation in computational fluid dynamics.     

大藤峡水利枢纽马鹿岭人工骨料场质量评价

近年来,因骨料质量问题而给水电工程建设带来严重影响或重大损失的情况时有发生。大藤峡水利枢纽混凝土备用料源——马鹿岭人工骨料场以石英砂岩、砂岩为主,夹少量泥质粉砂岩等,虽储量丰富、剥离量少、采运方便,但石英砂岩、砂岩有潜在碱活性危害的隐患,泥质粉砂岩等软弱夹层还可能影响混凝土强度,故质量问题成为该料场成立与否的关键。以马鹿岭人工骨料场地质勘察资料和试验数据为依据,从宏观分析与试验研究两方面入手,对料源质量进行了全面论证,得出了石英砂岩、砂岩均为有潜在危害性碱-硅酸反应类活性骨料,掺入10%~20%的粉煤灰可有效抑制其潜在的混凝土碱-骨料反应、骨料中掺入不大于5%的泥质粉砂岩等夹层对混凝土强度影响不大,料场混合开采骨料所制混凝土强度可满足设计要求的结论,为最终确立该料场作为工程混凝土骨料备用料源提供了科学依据。     

混凝土面板堆石坝三维非线性有限元应力变形分析

基于通用有限元分析系统ABAQUS的用户子程序二次开发实现Ducan-chang双曲线模型,对某混凝土面板堆石坝(CFRD)的填筑与蓄水过程三维非线性有限元仿真模拟,得到了坝体和混凝土面板的应力与变形、混凝土面板的垂直缝和周边缝沉陷、剪切和张开变形等结果,对工程坝体断面优化分区、接缝止水设计提供了参考依据。     

深覆盖层土石坝三维有限元应力应变分析

采用邓肯张E-B非线性模型对某深覆盖层坝基上沥青混凝土心墙土石坝进行了三维有限元应力应变分析,采用无质量地基模拟坝基和山体对坝体沉降变形和应力的影响,给出了深覆盖层上坝体的应力和变形特点,特别是沥青混凝土心墙上的应力、位移分布特点,为大坝的安全设计提供理论依据。     

Development of a 3-D simulation analysis system for PWR control rod drive mechanism

A 3-D virtual analysis system to analyze the motion of control rod drive mechanism (CRDM) was developed. The analysis system consists of a 3-D model established as per the actual dimensions and interfaces of CRDM parts and a routine to calculate the forces acting on the mechanism, and was verified by mock-up test using the same equipment as the actual product. The analysis system is useful for functional evaluation in maintenance or to factor out root causes in the case of malfunction of CRDM.