泡沫混凝土单轴压缩破坏特性的细观数值模拟

在细观层次,泡沫混凝土可看作是由大量气泡以及水泥浆体这两相材料复合而成的.为了模拟具有高含量气泡的泡沫混凝土,在假设气泡为圆形和球形的条件下,结合随机游走算法与随机搜索算法,创建了泡沫混凝土的二维和三维几何模型.使用混凝土断裂损伤的本构模型,对数值试件进行了单轴压缩破坏的力学特征分析.探究了泡沫混凝土试件从初始微小裂缝直至被压缩破坏的全部过程,得到了泡沫混凝土的应力-应变曲线.结果 表明:具有相同气泡尺寸及比例和相同气泡含量,而气泡位置分布不同的泡沫混凝土在抗压强度上有一定的差异性,但峰值应变和初始弹性模量基本保持不变;如果泡沫混凝土的气泡含量不同,那么它的极限抗压强度和峰值应变的变化趋势是不同的,并且随着试件的气泡含量增加,极限抗压强度会快速降低,而峰值应变虽然也会有所降低,但降低的趋势较为缓慢.这与真实的泡沫混凝土在单轴压缩时的破坏过程是一致的.这也说明:数值试验也能够较好的模拟泡沫混凝土在单轴压缩下被破坏的全过程.     

基于ESPI技术的混凝土单轴拉伸断裂特性研究

为了研究混凝土的拉伸断裂特性,对带有预制切口的C80高强混凝土棱柱体进行单轴拉伸试验,采用电子散斑干涉(ESPI)技术测量棱柱体表面的场位移等信息,分析加载过程得到混凝土的断裂参数以及断裂特性等。为进行对比分析,本次试验还采用线性位移计和夹式位移计测量试件的变形程度。对比结果表明ESPI技术的测量结果与夹式位移计结果吻合较好,证实了ESPI技术用于测量混凝土表面位移场的精确性和可行性。分析得到:初裂点应力约为峰值应力的82%;峰值下裂缝口张开位移(CMOD)为11 μm,结合公式得到混凝土在单轴拉伸下的断裂韧度约为0.41 MPa·m^1/2,断裂能约为24.71 N/m;利用两种拟合公式对试验应力-应变关系进行拟合,得到了较好的拟合结果。最后,通过不同加载步骤下ESPI技术测得的位移云图分析裂缝口张开位移随试件宽度的变化规律,得到了单轴拉伸下的裂纹扩展规律。     

全级配混凝土静动态轴拉断裂试验

以高混凝土坝抗震为背景,全级配混凝土断裂试验存在欠缺。为研究全级配混凝土静态和动态荷载作用下的断裂特性,对含有环切预制裂缝的圆柱体全级配混凝土进行了单轴拉伸试验。通过位移加载方式控制,获得了静态和动态加载条件下的试件荷载–裂缝张开口位移曲线,据此得到了峰值荷载并计算了吸能能力、断裂能和特征长度,进而综合基于扩展有限元的数值模拟求得试件的断裂韧度。结果表明：所测试件均大致沿预制裂缝方向开裂,但静态加载时多表现为骨料与水泥砂浆界面开裂,而快速加载时裂缝来不及沿着最薄弱的方向发展,而可能切断粗骨料,断面上可看到有较多粗骨料破坏。相比于静态加载情形,动态荷载作用下试件的峰值荷载、吸能能力、断裂能和断裂韧度均显著提高,而特征长度略微减小。     

硫酸盐侵蚀下混凝土单轴压缩力学行为模拟及孔隙特征研究

为了研究硫酸盐侵蚀下混凝土力学行为及内部孔隙结构的变化规律,本文对在0%、10%、15%、20%四种不同质量分数硫酸钠溶液浸泡210 d的混凝土试件进行单轴压缩试验,并通过PFC^2D软件模拟应力场分布以研究试验过程中裂缝演化规律,并结合核磁共振分析其浸泡后内部孔隙分布情况。结果表明:混凝土的峰值应力、弹性模量均随浸泡浓度的增大而下降;根据PFC^2D模拟结果,在单轴压缩过程中混凝土内部最早出现张拉裂缝,随后裂缝继续扩展,逐渐出现张拉与剪切复合裂缝,最终形成一条沿对角线贯穿的剪切裂缝;硫酸盐侵蚀后混凝土T₂分布曲线有3个波峰,内部孔隙主要以微孔、小孔为主,随着浸泡浓度的增长,其微孔逐渐向小孔转化,导致混凝土的T₂峰1幅值和面积逐渐增大。     

混杂合成纤维混凝土单轴抗拉力学特性与本构关系

根据混杂纤维增强原理,采用高弹模聚乙烯纤维和低弹模聚丙烯粗合成纤维制备出具有优异变形性能的混杂纤维混凝土,采用单轴拉伸试验对其单轴受力特性进行了分析,并根据测试结果建立了单轴抗拉本构关系模型.结果表明,单轴受拉应力-应变曲线可以划分为弹性阶段、应变硬化阶段和破坏阶段三个阶段;在受拉过程中出现了多缝开裂现象,微细裂缝的扩展较为曲折,在开裂过程中吸收了大量的能量,导致变形能力大幅提升;掺入硅灰后使得界面过渡区性能改善,从而导致极限抗拉强度和拉应变的增大;纤维掺量过大时不能均匀分散,结团现象出现,极限拉应变反而下降;所建立的单轴受拉分段本构关系模型能够较好的反映应力-应变曲线的发展趋势,所推荐的模型参数计算公式具有较高的准确性.     

微孔发泡PP材料的变形断裂行为

对微孔发泡PP材料进行拉伸和冲击断裂研究.与未发泡PP相比,微孔发泡PP密度下降15%,拉伸强度约下降20%,缺口冲击强度提高90%以上.结合Eyring黏度理论,运用SEM研究分析微孔发泡PP的断裂行为特点.结果表明:微孔发泡PP拉伸性能降低主要是由截面有效面积减少和活化体积降低引起的;冲击性能大幅提高主要是大量的微孔对裂纹尖端起到钝化的作用,阻碍了裂纹扩展,导致冲击强度的增大.     

钢纤维增强混凝土细观压缩断裂模拟与性能分析

韧性城市构筑需要更多高强、高韧的混凝土基础设施,现有钢纤维增强混凝土(SFRC)细观力学模型与断裂性能模拟研究仍存在挑战。本文借助Python软件对Abaqus前处理二次开发,建立了SFRC三维细观模型,全局插入内聚力单元模拟骨料与混凝土基体之间的界面,研究钢纤维体积率V_SF、混凝土基体强度、骨料粒径对SFRC单轴压缩断裂性能的影响。结果表明：V_SF在0%～2.0%时,V_SF越大,SFRC抗裂性能越好,且残余应力更大;V_SF为2.0%时,SFRC应力较未加入钢纤维混凝土提高了60.64%;当基体强度增加时,SFRC的韧性也随之提高,C60、C80混凝土所对应的最大应力值与C40混凝土相比分别提高了66.48%、91.39%,SFRC的应力-步长曲线在弹性阶段变得更陡峭;骨料粒径在5～7 mm时,随着骨料粒径的增加,SFRC的抗裂性能显著增强。显然将分散、不定向的韧性钢纤维加入脆性混凝土基体中可有效增强混凝土设施的抗震韧性和抗裂性能。     

盾构施工对临近地层影响的近场动力学分析

针对传统的有限元方法在面对不连续情况时会出现奇异性这一问题,本文采用基于非局部作用思想建模的近场动力学方法研究了地铁盾构开挖问题,并完善体积修正公式,建立能够考虑隧道开挖过程中衬砌、注浆层作用的近场动力学模型。结果表明:近场动力学解与有限元解在临近地层位移的影响上呈现出相同变化趋势;盾构隧道开挖引起隧道上方土体沉降,下方土体隆起,左右两侧土体向隧道中心方向移动。近场动力学结果与现场实测结果的对比分析表明近场动力学方法在盾构施工模拟中具有较高的精度,在隧道工程施工的数值模拟研究领域具有应用前景。     

粗骨料对混凝土单轴抗压强度及破坏特征影响的数值分析

采用PFC2D离散元首先生成混凝土基质,然后利用Clump技术形成不同形态的粗骨料混凝土数值模型,分析研究粗骨料含量和形态对混凝土强度和损伤演化的影响。获得以下主要结论：随着粗骨料含量的增加混凝土单轴抗压强度增大,相同含量下三角形粗骨料混凝土的强度最高,其次是五边形粗骨料,圆形粗骨料混凝土的强度最低;粗骨料含量小于50％时,随粗骨料含量的增大弹性模量增速较小,而大于50％时增速较大;混凝土破坏的初始微损伤主要集中在结合面处,圆形粗骨料微裂隙沿着结合面切线方向发展,主控破裂面沿着相邻粗骨料的公切线方向发展,多边形粗骨料微裂隙沿边延伸进入基质,主控破裂面为相邻粗骨料角度基本一致边的微裂隙沿边发展贯通而成。混凝土的损伤演化分为：微损伤的随机分布、微裂隙形成和微裂隙贯通形成破裂面三个阶段,粗骨料含量低时混凝土损伤比较集中,形成明显的主控破裂面,粗骨料含量高时内部损伤严重形成网状损伤裂隙。     

Fracture of Alumina Tubes under Combined Tension/Torsion

A fracture criterion for Al₂O₃ tubes is investigated for various loading paths under combined tension and torsion. Experimental data are compared with the Weibull statistical fracture theory. As the stress state approaches a shear dominant state, a tensile principal stress at fracture from the Weibull theory underestimates strengthening effects. By including the effect of the minimum principal stress in the tensile principal stress criterion, an empirical fracture criterion is proposed. Agreement between the proposed criterion and experimental data for Al₂O₃ tubes under combined tension/torsion and balanced biaxial tension is very good.     

再生混凝土单轴压缩应力-应变关系试验研究

分别采用传统集料替代法和相同砂浆体积法(EMV方法)配制与对比普通混凝土同流动性、同强度的再生混凝土,制作150 mm×150 mm ×300 mm棱柱体试件,标准条件养护28 d后,测定其单轴受压应力-应变全曲线.试验结果表明,与传统方法相比,EMV方法配制的再生混凝土的弹性模量、峰值应变以及延性等性能均接近于对比普通混凝土.     

混凝土静动态轴向拉伸力学性能

为了解动荷载作用下混凝土结构响应特点,探讨轴向拉伸作用下混凝土静动态力学性能关系,通过对棱柱体混凝土试件进行轴向拉伸试验,分析了7种不同应变速率条件下混凝土试件应力--应变关系曲线、轴向拉伸强度、弹性模量、峰值应变的变化规律。结果表明:随着应变速率的不同,混凝土试件破坏形态发生了变化;混凝土动态轴向拉伸强度、弹性模量和峰值应变均随着应变速率的增加而逐渐增大;混凝土动态轴向拉伸强度、弹性模量和峰值应变增长因子同动静态应变速率比值的对数呈线性增长关系。     

基于Druck-Prager和MISO模型的混凝土 三轴压缩行为有限元模拟

本文采用有限元分析软件ANSYS模拟了不同围压(0,25.5,51.2 MPa)条件下素混凝土圆柱试样压缩响应特征。首先,综合对比分析了Druck-Prager模型及多线性强化(MISO)模型的模拟效果。此外,进一步基于MISO模型分析了混凝土试件端部约束条件对模拟结果的影响。最终得到的主要结论包括:(1)单轴压缩条件下,有限元模拟结果与试验结果一致性较好,且Druck-Prager模型更适宜模拟混凝土体应变特征;(2)施加围压时,MISO模型所得抗压强度较保守,而Druck-Prager模型高估了混凝土抗压强度;(3)就MISO模型而言,端部摩擦约束对混凝土应力—应变曲线无显著影响,但会加剧混凝土体积膨胀(剪胀)。     

再生混凝土疲劳断裂力学分析

本文在对再生混凝土断裂破坏形态进行分析的基础上,提出了虚拟张开型裂纹模型.由此分析了虚拟张开型裂纹的扩展速率,回归得到了裂纹扩展速率Paris公式的参数.通过对虚拟张开型裂纹的扩展速率理论分析结果进行分析,提出了指数形式的裂纹扩展速率公式,该公式较Paris公式更接近于理论分析的结果.     

轴压与偏压状态下混凝土损伤全过程声发射特征参数分析

声发射技术可以评估混凝土的损伤演化过程。为合理描述混凝土的受压损伤演化过程,开展了轴压和偏压状态下混凝土损伤全过程的声发射试验,分析了轴压和偏压状态下混凝土损伤全过程声发射特征参数的演化规律,进而合理遴选了描述混凝土损伤演化过程的声发射特征参数,揭示了混凝土应力-应变曲线特征点与声发射特征参数特征点之间的对应关系。分析表明:振铃计数、持续时间、幅值、信号强度和平均频率可以较好地表征轴压与偏压状态下混凝土损伤的演化规律;混凝土试件受压破坏过程中声发射特征参数特征点与应力-应变曲线特征点之间具有高度的相关性,其中声发射特征参数特征点中的第一个分界点对应于应力-应变曲线弹性阶段的起点,第二个分界点对应于应力-应变曲线的峰值应力点,信号强度的最大突变点对应于应力-应变曲线的开裂点。