基于裂缝扩展准则的混凝土重力坝裂缝扩展全过程数值分析

将裂缝扩展准则应用于混凝土重力坝裂缝扩展全过程分析,结合虚拟裂缝模型计算了经典混凝土重力坝模型的断裂特性,并与其他数值方法进行了对比.结果表明:利用该数值方法得到的混凝土重力坝模型的外荷载-裂缝口张开位移曲线及裂缝扩展路径与试验结果均吻合良好;当给定了混凝土材料的起裂断裂韧度、断裂能、抗拉强度等参数后,即可采用该数值方法对混凝土重力坝裂缝扩展全过程进行分析.     

FRP黏结长度对混凝土三点弯曲梁断裂参数的影响

为探讨纤维增强复合材料(FRP)加固带裂缝混凝土结构的最优性价比,采用损伤断裂试验,研究了FRP黏结长度对混凝土三点弯曲梁试件断裂参数的影响.通过在混凝土三点弯曲梁试件表面粘贴应变片,测试了FRP加固混凝土开裂破坏起裂荷载;利用夹式引伸计测得荷载-裂缝口张开位移曲线,根据改进的断裂韧度计算公式,计算出FRP黏结长度不同的混凝土三点弯曲梁试件的有效裂缝长度a_c,失稳韧度K■和起裂韧度K■.结果表明:对于相同初始裂缝深度的混凝土三点弯曲梁试件,FRP加固混凝土的峰值荷载随着FRP黏结长度的增加而增大,K■和K■均随着FRP黏结长度的增加先增大再减小,当FRP黏结长度为25mm时,FRP加固混凝土三点弯曲梁试件K■和K■的平均值均达到最大,阻裂效果最佳;采用声发射(AE)无损检测技术,对上述混凝土断裂过程中的声发射参量进行识别和采集,发现对于初始缝高比为0.4的FRP加固混凝土三点弯曲梁试件而言,其FRP最佳黏结长度为25mm.     

水泥砂浆断裂韧度的尺寸效应研究

用两种不同配合比的水泥砂浆分别制作了三组几何相似的矩形截面直裂缝三点弯曲梁.在MTS815材料试验机上进行试验,记录了试件的荷载-加载点位移(P-δ)和荷载-裂缝端口张开位移(P-ωCMOD)的全过程曲线.利用最大荷载和初始裂缝长度求得的线弹性断裂韧度存在明显的尺寸效应.为此,基于虚拟裂缝模型,认为裂缝端口张开位移是荷载、自霞和黏聚力共同作用的结果,求解该位移公式得到断裂过程区长度值,用断裂过程区长度修正初始裂缝长度后,再代入三点弯曲梁应力强度因子公式,进而得到尺寸效应程度较弱的等效断裂韧度值.     

不同扩展准则下混凝土断裂全过程分析

分别采用基于双K断裂模型和虚拟裂缝模型的裂缝扩展准则,计算了混凝土三点弯曲梁试件的荷载-裂缝口张开位移曲线(P-CMOD曲线),并与试验结果进行了对比,结果表明:基于两种模型的裂缝扩展准则的计算结果与试验结果差别不大,但采用基于双K断裂模型的裂缝扩展准则计算的结果与试验结果更为接近.     

水压下混凝土断裂试验研究

主要研究在水压作用下大型混凝土试件的试验加载装置及水压测量装置.试验采用楔入式紧凑拉伸试件形式,在试件表面粘贴全桥应变片和安装夹式引伸计测定裂缝的起裂、扩展长度和裂缝开口位移;在侧面安装压力传感器,测定压力水在裂缝内的实时变化情况.试验中采用橡胶板、薄钢板和球角钢架3层密封装置,保证高水压下水不渗漏,试验过程完整进行.为了得到完整水压作用下试验曲线,采用两种加载方式去除附加约束影响,分别为恒定裂缝张开位移和恒定荷载.     

基于细观数值模拟的混凝土断裂过程区特性研究

基于细观数值模拟方法研究了混凝土裂缝尖端断裂过程区特性。采用多尺度方法对不同尺寸的三点弯曲梁试件进行建模,并利用非局部损伤模型模拟了断裂过程区的演变过程。结合现有试验对数值计算方法进行了验证。研究表明:基于数值模拟方法得到的荷载—裂缝口张开位移曲线与试验结果吻合较好。峰值荷载时刻对应的临界断裂过程区长度随着试件高度的增加而逐渐增加,临界损伤区域面积亦相应增加,临界断裂过程区长度与试件高度的比值随试件高度的增加趋于稳定。     

基于自适应最小二乘法的混凝土楔入劈拉试件最大荷载与裂缝扩展的优化设计

以混凝土楔入劈拉试件为研究对象,运用最小二乘原理,建立了最大荷载与裂缝扩展之间的数学模型,并通过交叉检验方法验证了模型的可靠性。研究结果表明:裂缝扩展长度的变化远比裂缝口张开位移的变化对试件的破坏更敏感,初始裂缝口张开位移的影响可以忽略不计。与断裂试验的实测结果相比较,本模型均方根精度达到93.9%。利用该模型,可以监测构件安全并对最大荷载进行优化设计。     

高温后高强混凝土断裂性能研究

高强混凝土(High-Strength Concrete,HSC)广泛应用于各类复杂建筑中,火灾后高强混凝土的断裂和力学性能具有很大研究价值。通过带有初始切口的三点弯曲梁试验,研究了C50、C70、C90三种强度等级混凝土在历经25℃～800℃高温后的断裂性能,对比了夹式引伸计与DIC两种方法测得的荷载-位移曲线,分析了高温后残余抗压、劈拉强度、起裂韧度、失稳韧度和断裂能随所历经最高温度的变化规律。结果表明:夹式引伸计与DIC两种方法得到的荷载-位移试验数据吻合良好,基本重叠。起裂韧度和失稳韧度均随温度升高而下降,混凝土强度等级为C50时,断裂能随温度发展呈现先升高后降低的规律,混凝土强度等级为C70、C90时,断裂能随温度发展呈现先快速下降后缓慢下降(200℃后)的规律。     

基于临界裂缝口张开位移的混凝土试件最大荷载的优化设计

将最大荷载和临界裂缝口张开位移在混凝土失稳断裂点处结合起来,以一个量化数学模型同时评价构件的安全性和裂缝的稳定性。以双G断裂模型为理论基础,通过混凝土三点弯曲梁和楔入劈拉试件的断裂试验,运用最小二乘原理和交叉检验方法进行优化设计,建立了构件所能承受的最大荷载和临界裂缝口张开位移关系的量化数学模型。本模型基于弹性模量、试件高度、初始裂缝长度等参数。与断裂试验的实测结果相比较,模型的均方根精度在三点弯曲梁系列达到97.1%,在楔入劈拉试件系列达到93.9%,平均预测精度95.5%。利用该模型,可以在混凝土裂缝扩展中以失稳断裂为标准,对最大荷载进行优化设计并监测构件在使用过程中的可靠性。     

用RILEM方法得到混凝土断裂韧度的尺度律

用两种不同配合比的混凝土制作了几何相似的直裂缝矩形截面三点弯曲梁,在MTS 815材料试验机上测试这两种混凝土的力学参数并记录了三点弯曲试件的荷载-加载点位移和荷载-裂缝端口张开位移的全过程曲线。用最大荷载和初始裂缝长度求得的断裂韧度KIC存在明显的尺寸效应,对此问题,用材料与结构研究实验所国际联合会(RILEM)推荐的方法分别得到两种混凝土材料的真实断裂韧度和有效断裂过程区长度,从而确定了混凝土断裂韧度的尺度律公式。从该公式能直接得到材料大尺寸试件的断裂韧度和断裂过程区长度,还能预测同材料的试验室尺寸下几何相似试件的断裂韧度测试值。     

高强混凝土的断裂性能研究

由于混凝土强度越高,脆性越大,限制了混凝土材料的发展及应用,通过试验测量了采用不同掺合物配制的混凝土的断裂韧性、裂纹临界扩展载荷、临界裂纹尖端张开位移和混凝土特征长度,并进行对比分析了各高强混凝土的断裂性能,提出掺加适量的粉煤灰可以增强高强混凝土的韧性,同时也不会显著影响高强混凝土的强度.     

结构钢材基于CTOD的裂纹扩展阻力曲线的低温试验研究

裂纹尖端张开位移(CTOD)是材料断裂分析的重要判据指标。在钢材韧性较好的时候,随着裂纹的扩展,构件的承载力也会有所提高,说明随着裂纹扩展,裂纹尖端的断裂韧度有所升高。裂尖断裂韧度与裂纹扩展量的关系曲线称为裂纹扩展阻力曲线。裂纹扩展阻力曲线反映了构件断裂过程与构件的断裂模式、承载力的有关系。本文根据结构钢材低温断裂试验的结果,分析了常用结构钢材的低温条件下基于CTOD指标的裂纹扩展阻力曲线,试验结果可为钢结构断裂设计提供依据。     

低温下结构钢材裂纹尖端张开位移的变化规律

裂纹尖端张开位移 (CTOD)是材料断裂分析的重要判据指标。在GB T 2 35 8- 94金属材料裂纹尖端张开位移试验方法中 ,根据加载曲线的不同形式可以获得 5种不同的特征CTOD值。随着温度的降低 ,结构钢材的韧性降低 ,试验曲线的形状变化 ,可测得的特征CTOD值也不相同。本文在三种结构钢材低温下裂纹尖端张开位移试验的基础上 ,分析了各特征CTOD值随温度降低的变化规律     

双参数模型法研究早龄期混凝土的断裂性能

本试验采用了RILEM推荐的“双参数模型”(TPM)(RILEM Technical Committee 89-FMT)研究了早龄期混凝土的临界应力集中因子KIC^3和临界裂缝尖端开口位移CTOD这两个断裂参数。试验同时采用普通混凝土和高强混凝土作为试验对象，取4根同一龄期的混凝土用于试验。试验龄期为12小时，1天，2天，3天，7天和28天。试验结果表明两参数值随水化的进行增大，相对于成熟混凝土来说，早龄期混凝土的这两个参数值比较低；在同一龄期，高强混凝土的这两个参数值要比普通混凝土的对应值高；从试验中还可以看出混凝土的断裂参数与强度有相类似的发展规律，可以作为材料的性能指标，用于表征混凝土的阻裂能力。     

活性粉末混凝土的断裂性能研究

在活性粉末混凝土缺口梁断裂试验的基础上,分析了荷载作用下活性粉末混凝土的裂纹产生以及裂纹扩展直到破坏的机理,给出了描述活性粉末混凝土断裂特征的稳定断裂韧度和临界裂缝尖端张开位移两个基本参数。     

Fatigue Crack Tip Plasticity for Inclined Cracks

The evaluation of the crack tip deformation is essential to the estimation of crack growth under either static or cyclic loading. A 3-D elastic–plastic finite element analysis was developed to simulate the crack tip deformation along mixed mode inclined edge cracks in a steel plate subjected to either monotonic or cyclic loading at selected R-ratios. In this paper, two types of crack configurations were investigated: inclined cracks with equal inclined lengths (EICL) and inclined cracks with equal horizontal projection length (ECHP). The development of the monotonic (Δm) and cyclic (Δc) crack tip plastically zones and the monotonic (CTOD) and cyclic (ΔCTOD) crack tip opening displacements were traced to find the effect of the crack inclination angle, which significantly affected the size and shape of the crack tip plastic zone. The finite element results compared well with the analytical results based on modified Dugdale’s model. It was observed that Mode II has a significant effect on the plastic zone in the case of equal inclined crack length (EICL), i.e., Mode II increases as the crack angle decreases. Also, it is interesting to note that for the EICL case, the magnitude of Δc is delayed to appear with decreasing the inclination angle, for example, for θ?=?90° the cyclic plastic zone appeared at Δσ?=?103.32 MPa, while for θ?=?45° the cyclic plastic zone appeared at Δσ?=?132.84 MPa. Whereas, the variation of monotonic and cyclic plastic zone size in the equal crack horizontal projection (ECHP) case is not affected by the crack inclination angle. Furthermore, it was observed that the static crack tip opening displacement (CTOD) and the cyclic (ΔCTOD) are independent of the crack inclination angle in case of ECHP, due to such cracks take into consideration the effect of inclination angle through its length.     

Q460C高强钢材断裂韧性的弹塑性有限元分析

应用ANSYS软件对Q460C高强钢材标准三点弯试样断裂韧性进行弹塑性数值模拟,验证高强钢材常温下的裂纹敏感性。采用实体单元SOLID95计算刀口张开位移、三向应力分布以及裂纹尖端张开位移CTOD值,表明沿试样厚度方向,CTOD值变化较小,靠近裂纹尖端呈三向拉应力状态,偏离尖端一定距离呈复杂的应力状态,且复杂应力较大限制了裂纹尖端的塑性发展;不考虑低温影响因素时,缺陷对Q460C钢材的影响较大,当裂纹塑性发展后,Q460C钢材表现为较大的缺陷敏感性。     

考虑低温冷脆钢结构构件的实用简化设计方法

在低温下,结构钢材往往在远未达到屈服应力的情况下发生脆性断裂。通过对结构钢构件裂纹尖端张开位移（CTOD）的研究,提出基于CTOD指标的低温下考虑冷脆效应的钢结构构件简化设计方法。该方法属于分级设计方法,以考虑裂纹扩展而提高部分的最大承载能力作为构件的承载力,并研究构件温度和厚度对结构钢材断裂韧性的影响,计算得到各种温度和厚度情况下的强度折减系数,最后给出利用此简化设计方法计算的设计算例。     

矿物掺合料对高性能混凝土断裂性能影响的试验研究

通过带缺口高性能混凝土小梁的三点弯曲断裂试验,研究了不同掺量的矿物掺合料粉煤灰、硅粉对高性能混凝土断裂性能的影响。根据试验得到的荷载-挠度曲线和荷载-裂缝嘴张开位移曲线,运用虚拟裂缝模型并结合线弹性断裂力学理论,计算了起裂韧度、失稳韧度、断裂能等断裂性能评价指标。试验表明:高性能混凝土断裂性能随活性矿物掺合料掺量的逐渐增大呈先增大后减小的趋势。