细观尺度的混凝土材料损伤

混凝土等建筑材料由于其本身的结构特性 ,在不受力的自然状态下就存在天然的损伤 ,如孔洞、微裂纹等。本文阐述了这类材料细观特征及塑性力学特性。采用多孔材料的GTN (Gurson -Tver gaard -Needlemen)模型本构方程 ,在变形梯度的乘法分解的基础上 ,推导和建立了细观力学分析的弹塑性有限变形计算方法 ,说明运用细观损伤力学方法分析是必要的和可行的。     

钢筋混凝土构件细观数值模拟分析

在混凝土材料的细观力学分析模型基础上，提出了一种钢筋混凝土构件非线性力学特性分析的细观数值方法。使用本文细观力学方法对轴压加载作用下某一钢筋混凝土柱的损伤破坏过程及宏观力学特性进行了数值模拟研究，并与试验结果和宏观力学模型方法分析结果进行了对比。研究表明：(1) 细观尺度上，采用细观力学模型获得的钢筋混凝土柱的破环模式及宏观力学性能均与试验结果吻合很好，验证了本文细观力学方法的有效性和准确性；(2) 相比于宏观尺度分析模型，细观力学模型考虑了混凝土的非均质特性，从而更真实地揭示了钢筋混凝土柱的破坏过程及破坏模式，且计算结果与试验结果对比也更为吻合。     

钢筋混凝土构件细观数值模拟分析

在混凝土材料细观力学分析模型的基础上,提出了一种钢筋混凝土构件非线性力学特性分析的细观数值方法。使用这种细观力学方法对轴压加载作用下某一钢筋混凝土柱的损伤破坏过程及宏观力学特性进行了数值模拟研究,并与试验结果和宏观力学模型方法分析结果进行了对比。研究表明：（1）细观尺度上,采用细观力学模型获得的钢筋混凝土柱的破环模式及宏观力学性能均与试验结果吻合良好,验证了本文细观力学方法的有效性和准确性;（2）相比于宏观尺度分析模型,细观力学模型考虑了混凝土的非均质特性,从而更真实地揭示了钢筋混凝土柱的破坏过程及破坏模式,且计算结果与试验结果对比也更为吻合。     

混凝土材料的细观损伤机理

文章简单介绍了混凝土材料的细观结构层次、性质及其初始细观裂纹产生原因。在对混凝土的损伤机理进行分析的同时,简单介绍了混凝土细观力学的方法及研究进展。最后对混凝土试件在简单受力情况下的变形与损伤的规律进行了描述。     

混凝土应变率效应产生机理探讨

混凝土材料在动载作用下存在应变率敏感效应，其产生机理尚待深入研究。本文进行了全级配混凝土试件的细观数值模拟，分析了地震荷载作用下惯性、阻尼以及其它因素对动载增强效应的影响，讨论了所引入率效应强化参数的物理意义，同时分析了静载和动载作用下混凝土裂缝形态、变形滞后效应和损伤滞后效应。通过混凝土细观力学数值试验，分析研究了有关混凝土材料的声发射试验和CT观测成果、Eibl等人的惯性效应理论以及Stefan效应理论，认为在动载作用下混凝土材料变形的滞后性产生了损伤滞后性最终表现为应变率强化效应。     

掺砾黏土动力特性研究进展

综述了掺砾黏土动力特性的研究现状,分析了动剪切模量、阻尼比和动强度的影响因素,提出研究掺砾黏土的动力特性需要考虑材料的细观结构特征,总结了考虑材料细观结构特征的数值方法及分析理论。指出今后需要在掺砾黏土的细观结构特征及其影响因素、细观结构对材料宏观动力性能的影响机理和基于颗粒增强复合材料理论的细观力学模型等方面作重点研究。     

混凝土湿度和干缩变形及应力特性的细观模型分析

基于扩散理论的混凝土非线性湿度理论和干缩应力的有限元数值计算方法，将混凝土视为砂浆和骨料所组成的多相复合材料，对比数值计算，探讨了各相材料湿度特性差异对混凝土细观和宏观湿度特性、干缩变形和干缩应力的影响，认为只有考虑了这种材料特性差异的细观模型和计算方法才能得到较符合真实情况的混凝土湿度、干缩和干缩应力的分布规律，有助于更好地理解和诊断混凝土早期和后期裂缝产生的机理、启裂点位置和防止方法。所采用的细观研究方法也适用于混凝土温度应力和自生体积变形致裂问题的研究。     

混凝土细观力学研究进展及评述

本文介绍了混凝土细观力学的研究方法,总结了到目前为止在细观层次上对混凝土实验研究和数值模拟的研究成果,详细分析讨论了格构模型、随机骨料模型和随机力学特性模型3种细观力学数值模型的优缺点。目前混凝土细观力学的研究主要集中对细观数值模型的研究,已建立起来的细观数值模型仍待完善,同时尚缺乏系统的各相材料力学特性参数试验测定成果。用细观力学数值模拟取代部分试验任务还要做很多工作。     

钢筋混凝土柱轴心受压性能及尺寸效应的细观数值研究

钢筋混凝土构件的尺寸效应行为根源于两个方面:(1)混凝土材料本身的非均质性导致的尺寸效应;(2)钢筋/混凝土相互作用力学行为的高度复杂性导致的尺寸效应。考虑混凝土细观结构非均质性的影响,假定钢筋与混凝土之间完好粘结,建立了钢筋混凝土柱轴心受压加载下力学特性及破坏行为研究的细观尺度力学分析模型。首先通过对混凝土试件受压力学特性试验的模拟,采用反演法确定了各细观组分的力学参数;进而,对某钢筋混凝土柱轴心受压损伤破坏行为进行了宏/细观尺度数值模拟,并初步探讨了钢筋混凝土构件名义轴心压缩强度的尺寸效应规律。本文细观数值结果与试验结果的良好吻合,验证了建立的钢筋混凝土构件层次尺寸效应研究的细观分析方法的合理性。     

基于细观损伤的混凝土力学性能数值模拟研究进展

系统综述了基于细观损伤的混凝土力学性能数值模拟的研究现状,介绍了细观损伤力学在混凝土性能分析中的应用。重点对微平面模型、二维格构模型、随机粒子模型、细观结构模型、可考虑微裂纹间相互作用的细观损伤模型、基于弹性损伤本构关系的细观结构模型及Gurson细观损伤模型等几种常用的基于细观损伤的混凝土本构模型的优、缺点进行了比较。最后指出了以后有待进一步研究的问题。     

基于细观力学的脆性岩石通用损伤模型

岩石是在形成和运移过程中经过各种改造的地质产物,因而具有复杂的非线性特征。这种特征在微观上主要表现为岩石结构的非连续性和不确定性,很难用传统的、基于线性分析基础之上的方法来描述。基于细观力学分析和通过尺度变化（宏观－细观－宏观）来考虑岩石材料体积表征单元内单个裂纹的贡献,提出了一个脆性岩石通用损伤模型。该模型根据对损伤变量或内变量的不同定义（如：宏观量和微观量）,可以表现为唯象模型和细观力学模型;通过对损伤变量或内变量的阶数的不同定义（如：标量、矢量和张量）,此模型亦可以表达为各向同性或各向异性损伤模型。     

基于分形维的混凝土裂纹扩展及损伤演化过程研究

混凝土材料破坏过程中裂纹的演化具有随机无规律的特点，而外界条件的复杂性和混凝土自身的非线性使得裂纹的动态演化规律研究十分困难。为定量研究混凝土受力过程中裂纹及损伤的演变过程，本文在假定混凝土是由骨料、砂浆及两者之间的界面组成的三相复合材料基础上，建立了细观混凝土力学模型，提出一种基于裂纹分形维的损伤变量计算方法，对多组混凝土试件的单轴拉伸力学行为进行损伤数值研究，利用分形维对混凝土开裂全过程中的裂纹分布进行表征。研究表明：细观模拟的裂纹形态与试验结果相符；裂纹分形维能够更好地反映混凝土材料损伤的变化过程，可以定量描述材料损伤演化的特性；发现了混凝土从“均匀”损伤至局部破坏的临界点；细观模拟得到的应力-应变曲线、裂纹分形维曲线、损伤演化曲线受网格尺寸的影响很小；随着混凝土试件骨料级配数的增加，骨料颗粒和界面减少，整体耗能降低，应力峰值和裂纹分形维均减小。此外，本文建议应力峰值点后的裂纹分形维曲线的突变点为混凝土材料从“均匀”损伤进入局部破坏的临界点，是损伤和断裂的分界点，相应的损伤值约为0.8，该值可作为混凝土出现宏观裂纹的损伤阈值。本文研究加深了人们对混凝土破坏机理的认识。     

基于细观力学模型的三级配混凝土立方体试件单轴损伤数值分析

为分析混凝土细观结构在单轴荷载作用下的损伤演化过程,研究混凝土单轴破坏的宏观力学性能,基于细观力学模型,采用Marazs 损伤模型描述混凝土内部各相材料的本构关系,通过数值实验分析三级配混凝土立方体试件单轴破坏的宏观力学性能。数值实验结果表明：混凝土试件在单轴荷载作用下的损伤断裂是由于内部的初始损伤不断累积演变的结果,其数值实验的最终破坏形态与宏观层次上的破坏形态基本相似,粗骨料分布、粘结层厚度、粘结层和基体强度对混凝土宏观破坏具有一定的影响,说明该方法对混凝土细观结构破坏机制的分析合理、可靠。     

岩石细观损伤力学模型研究若干进展

介绍了岩石细观损伤和岩石细观力学的研究方法,综述了国内外岩石细观损伤模型的研究现状,并分类归纳了几种典型的岩石细观损伤模型以及在细观层次上对岩石实验研究的成果,论述了该领域中存在的问题并对其今后的发展方向提出了建议。      

黄土颗粒流宏细观对应关系与参数标定方法研究

针对黄土颗粒流模型细观参数标定过程中试错法计算量大的现状，采用敏感性分析与回归分析相结合的方法，在分析了黄土细观因素与宏观力学响应对应关系和多因素非线性联合反演的基础上，快速确定了黄土的细观参数，并得出如下结论：黄土的抗剪强度■_c随半径乘子■的增大呈指数函数规律增大，随摩擦系数μ的增大呈线性增大，随法向黏结强度■_c的增大呈幂函数规律增大；内摩擦角φ′随摩擦系数μ的增大呈对数函数规律增大；黏聚力C随半径乘子■的增大呈线性增大，随法向黏结强度■_c的增大呈对数函数规律增大。数值试验与室内试验结果误差较小，证明了此方法在黄土细观参数标定中的可行性，为其他材料的细观力学参数标定提供了新思路，也为黄土地区滑坡、泥石流和融水降水侵蚀等地质灾害的颗粒流模拟分析提供了参数参考。     

基于细观尺度模型的碾压混凝土 重力坝力学分析研究

碾压混凝土具有不同于常态混凝土的材料力学特性,传统的宏观力学模型难以揭示其内部力学行为。文章利用细观力学、统计学和有限元理论等相关理论和方法,以辽宁猴山水库碾压混凝土重力坝为例,建立基于细观尺度的碾压混凝土大坝受力分析方法,并对大坝的层间结合面进行等效分析,认为层间结合面为大坝坝体的薄弱环节,而碾压混凝土层厚度的增大有利于水平切应力的增加,对保证大坝安全更为有利。     

混凝土随机凸多面体骨料模型生成及细观有限元剖分

混凝土的级配及骨料含量对其宏观力学特性有直接的影响，适当的随机骨料模型是进行混凝土细观力学数值模拟分析的前提和基础。本文针对全级配大坝混凝土的高骨料含量的要求，给出了一种高效率生成随机球骨料模型的方法。并在随机球骨料模型的基础上，形成随机凸多面体骨料模型。同时，研究了细观单元属性判别方法，编制了对含有凸多面体骨料的细观区域进行结构性有限元网格剖分程序。本文给出的三维随机骨料模型算法不但考虑混凝土的骨料的实际级配和含量，而且计及了骨料的实际形态。     

岩石单轴压缩端部效应的数值仿真分析

为了研究端部摩擦对岩石强度的影响,基于连续介质力学的方法,采用非线性损伤本构关系,描述岩石材料的力学行为。在此基础上,引入岩石力学性能的Weibull随机概率分布,以表征岩石力学参数的非均质特性与损伤局部化现象,建立了岩石细观力学模型,并对一系列不同摩擦系数下的岩石试件单轴压缩试件进行了数值试验。计算结果表明,在岩石单轴压缩试验中存在着端部效应,端部效应对岩石试件(特别是长度较小)的单轴压缩强度、应力-应变曲线及破裂形态影响显著。因此,为获取真实的岩石力学特性,需有效地控制实验室试验条件,降低端部效应对测量结果的影响。     

土石混合体研究现状及发展趋势

在总结国内外有关土石混合体方面的研究资料的基础上,分别从土石混合体的细观结构特征、抗剪强度特征、宏观弹性参数特征、渗透性特征、细观结构与强度关系及细观力学数值试验等6个方面,对土石混合体研究成果进行了综述。在此基础上,对目前有关土石混合体物理力学性质研究方面存在的不足进行了总结,分析了其未来的发展趋势,指出综合利用地质学、几何学、计算科学、图像处理技术、形态学等多学科交叉技术对土石混合体的细观结构进行三维重建和随机生成;开发适用于复杂岩土介质的数值结构模型和新型实验设备,从细观结构层面深入研究土石混合体宏观变形与破坏机制并建立其结构化本构模型是未来发展的方向。     

基于数值流形元法的混凝土力学特性数值试验

从混凝土细观结构出发,假定混凝土由砂浆、骨料界面组成的多相复合材料,以试验为基础赋予各相材料的参数模拟加载过程中从细观到宏观的力学响应。考虑各相组分的非均匀性,借助蒙特卡罗方法和Fuller级配公式,产生随机骨料模型。扩展后的二阶流形元法,可以模拟混凝土受力、变形和破坏的全过程,可以追踪多裂隙的扩展,裂缝闭合后的压剪。开裂面可利用应力结果自动搜索,而不必人为预设。利用改进的流形元进行混凝土力学特性数值试验的模拟研究,再现了混凝土单轴受压、受拉试验在不同加载阶段微裂缝产生、扩展直至破坏的过程,及其宏观应力-应变曲线的变化情况。数值模拟结果与试验统计结果相符。