基于扩展有限元法梁裂纹扩展有限元分析

基于ANSYS有限元平台的扩展有限元方法(XFEM),应用最大周向应力准则判断裂纹扩展趋势,对三点弯曲混凝土梁裂纹扩展过程进行数值模拟。构建了加载过程中荷载-裂纹张开位移曲线(F-CMOD),并模拟裂纹扩展全过程。对比数值模拟与实验所得的荷载-裂纹张开位移曲线,对比发现二者较为吻合,进一步证明数值模拟的可靠性。求解了不同加载时间的应力强度因子,并建立了应力强度因子随时间变化曲线,相比于其他求解方式,扩展有限元有着裂纹网格划分简单等优势。     

高强混凝土的断裂韧度

用三点弯曲试样测定了高强混凝土的断裂韧度ＫＩＣ，试验证明：高强混凝土的断裂韧度明显大于普通混凝土的断裂韧度。分析了裂纹相对深度变化对断裂韧度的影响；并且还探讨了高强混凝土的断裂机理。     

基于损伤塑性模型的混凝土双K断裂参数确定

利用混凝土损伤塑性模型,对混凝土三点弯曲梁(TPB beam)损伤-断裂过程进行数值模拟;再通过数值模型,从损伤起始临界时刻定义起裂荷载,由峰值荷载时刻损伤因子的分布确定裂缝失稳扩展时刻的临界等效有效裂缝长度,提出了确定混凝土起裂断裂韧度、失稳断裂韧度的新方法.研究结果表明:基于损伤塑性模型的混凝土三点弯曲梁数值模型,...     

剪切断裂韧度(KIIc)确定的研究

对含裂纹的试件施加单纯剪应力时,裂纹将偏离原裂纹面扩展,测得的KIIc小于KIc.理论分析证明,在剪切载荷作用下裂纹扩展是由于拉伸应力引起的,并非剪切破坏.为了抑制或消除剪切力引起裂纹尖端的拉应力,在给试件剪切力的同时,还必须给试件施加一定方向的压应力,从而在剪应力作用下,获得了剪切断裂.在此条件下测得岩石的剪切断裂韧度KIIc都大于KIc.研究表明,产生II型断裂是有前提条件的,即裂纹尖端最大无因次剪应力强度因子frθmax与裂纹尖端最大无因次拉应力强度因子fθmax的比值 frθmax / fθmax＞1 和frθmax / fθmax＞KIIc / KIc.     

酸沉降环境下混凝土断裂韧度的试验研究

通过实验室加速腐蚀方式和三点弯曲试验研究酸雨腐蚀对混凝土断裂韧度的影响,得到在酸雨腐蚀条件下混凝土裂尖的劣化样貌以及断裂韧度的劣化情况。在模拟酸环境下,腐蚀深度随着浸泡时间的延长而增加,混凝土裂尖腐蚀层材料发生物理化学变化,并随着腐蚀时间的延长而变得松弛并产生微裂隙,导致混凝土裂纹尖端抵抗开裂的能力降低。三点弯曲试验结果表明:相比未腐蚀试件,腐蚀试件断裂韧度发生了明显改变,并且随腐蚀时间呈现出先增加后减小的趋势。断裂韧度的劣化过程受p H值的影响,溶液p H值越小,则腐蚀初期的性能强化时间越短,断裂韧度劣化越快。腐蚀层混凝土材料的劣化是导致混凝土力学性能下降的主要因素,通过试验得到了腐蚀混凝土断裂韧度和腐蚀深度间的关系曲线。     

高温后页岩轻骨料混凝土断裂特性

为研究页岩轻骨料混凝土Ⅰ型断裂性能随温度的变化规律,对页岩轻骨料混凝土试件进行100,200,300,400 ℃加热处理,自然冷却至常温。采用三点弯曲梁法对15个缝高比为0.4的轻骨料混凝土小梁进行断裂试验,依据荷载-跨中挠度曲线计算断裂能及断裂韧度。结果表明:起裂韧度与失稳韧度均随温度升高先上升后下降,起裂韧度的转折点在200 ℃左右,失稳韧度的转折点在300 ℃左右; 黏聚韧度呈现下降—上升—下降的趋势,其随温度变化规律与起裂韧度、失稳韧度存在较大的关联性,当温度为300 ℃时裂尖端的黏聚力阻止裂缝扩展的能力最为显著; 断裂能呈现出基本不变—增大—减小的3个变化阶段,当温度为200 ℃左右时断裂能达到最大值,断裂能随温度变化规律的拟合曲线上升段为二次抛物线,下降段为直线; 在所研究的温度范围内,页岩轻骨料混凝土的断裂性能受高温影响较为显著; 所得结论为高温状态下轻骨料混凝土结构裂缝扩展研究和结构设计提供了试验依据。     

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。     

混凝土结构断裂损伤的概率分析

混凝土结构的断裂破坏是混凝土中裂缝损伤累积的结果。由于材料性能和荷载等因素的随机性,裂缝的扩展过程也表现出随机的特征。本文应用马尔柯可夫随机过程理论实现了对这一过程的概率分析,并给出了状态转移概率矩阵的确定方法。最后以简单算例说明了文中方法的具体应用。     

非标准混凝土三点弯曲梁双K断裂韧度试验研究

采用跨度和初始缝高比恒定的非标准混凝土三点弯曲梁试件,以双K断裂理论为基础,根据改进的断裂韧度计算方法,通过试验实测试件的荷载与裂缝张口位移全过程曲线,计算不同初始裂缝长度和不同试件截面高度的非标准混凝土三点弯曲梁试件的有效裂缝长度a_c、起裂断裂韧度k ⁱⁿⁱ _IC和失稳断裂韧度K ^un _IC。试验结果表明：非标准混凝土三点弯曲梁试件的起裂荷载F_ini 、最大荷载F_un以及有效裂缝长度a_c均随跨高比的减小而增大;裂缝亚临界扩展量Δa_c、起裂断裂韧度k ⁱⁿⁱ _IC和失稳断裂韧度K ^un _IC均与跨高比无关,在试验设计的试件截面高度下为一个常数。     

钢纤维体积率对高强混凝土断裂性能的影响

通过对相对切口深度为0.2、0.3、0.40、.5的钢纤维高强混凝土三点弯曲试验,研究钢纤维体积率对高强混凝土断裂性能的影响。结果表明:在相对切口深度为0.20、.3、0.4、0.5的条件下,随着钢纤维体积率的增大,钢纤维高强混凝土断裂韧度和断裂能均显著增加。通过对试验结果的统计分析,分别建立断裂韧度、断裂能与劈拉强度之间的关系式。     

剪切断裂韧度(K_(Ⅱc))确定的研究

对含裂纹的试件施加单纯剪应力时，裂纹将偏离原裂纹面扩展，测得的ＫⅠｃ小于ＫⅠｃ。理论分析证明，在剪切载荷作用下裂纹扩展是由于拉伸应力引起的，并非剪切破坏。为了抑制或消除剪切力引起裂纹尖端的拉应力，在给试件剪切力的同时，还必须给试件施加一定方向的压应力，从而在剪应力作用下．获得了剪切断裂。在此条件下测得岩石的剪切断裂韧度 ＫⅡｃ都大于 ＫⅠｃ。研究表明，产生Ⅱ型断裂是有前提条件的，即：裂纹尖端最大无因次剪应力强度因子ｆｒθｍａｘ与裂纹尖端最大无因次拉应力强度因子ｆｒθｍａｘ的比值ｆｒθｍａｘ／ｆｒθｍａｘ＞１和ｆｒθｍａｘ／ｆｒθｍａｘ＞ＫⅡｃ／ＫⅠｃ。     

基于双K准则的不同掺量铁尾矿砂混凝土断裂特性研究

基于双K准则开展对铁尾矿砂混凝土断裂行为的研究。通过对5组铁尾矿砂掺量分别为0、25%、50%、75%、100%的铁尾矿砂混凝土标准三点弯曲梁试件进行断裂试验,测定各组试件的P-CMOD曲线和P-ε曲线,确定相关断裂参数。结果表明：普通混凝土与铁尾矿砂混凝土的断裂过程与破坏形态相近;铁尾矿砂用量的增加对起裂荷载与起裂韧度的提高程度比失稳荷载与失稳韧度更加显著;铁矿砂混凝土的延性略显逊色。     

剑麻纤维对再生骨料混凝土断裂性能的影响

为改善再生骨料混凝土（RAC）的断裂性能,在RAC中掺入剑麻纤维,并基于三点弯曲梁试验,研究了再生粗骨料（RCA）和剑麻纤维对RAC断裂性能的影响.结果表明：与普通混凝土相比,100% RCA取代率且未掺剑麻纤维时,混凝土的起裂韧度、失稳韧度和断裂能分别降低20.36%、17.36%和20.66%;当剑麻纤维长度为10 mm、体积分数为0.2%时,其对RAC的起裂韧度改善效果最佳,且较未掺剑麻纤维RAC的起裂韧度提高37.81%;就失稳韧度和断裂能而言,剑麻纤维的最佳体积分数为0.3%;剑麻纤维的掺入可有效提升RAC的断裂性能.     

由四点弯曲试件确定混凝土的断裂与强度参数

提出了采用四点弯曲试件确定混凝土的断裂参数与强度参数的理论模型与具体应用方法。建立了四点弯曲条件下混凝土试件名义强度的表达式。研究了不同虚拟裂缝扩展长度取值对断裂与强度参数确定结果的影响规律。分析结果表明:仅需采用小尺寸四点弯曲试件的峰值荷载,即可同时确定混凝土无尺寸效应的断裂韧度与拉伸强度。通过不同学者的试验验证,证明了所提模型与方法的合理性与可靠性。研究为混凝土真实材料参数的合理确定提供了新思路。     

静水压力下混凝土断裂韧度率相关性分析

基于裂缝中有、无水压的混凝土三点弯曲梁断裂试验,研究了加载速率对裂缝中有、无水压力混凝土双K断裂韧度的影响.试验加载速率为2×10-3、2×10-2、2×10-1、2 mm/s.基于新型裂缝密封装置在混凝土梁的裂缝中形成0.3 MPa水压力,并开展了24组无水压的混凝土梁和12组含水压的混凝土梁断裂试验.拟合试验结果,建立了基于名义起裂荷载率和临界裂缝扩展率的混凝土双K断裂韧度的率相关性模型.对比分析得到,起裂断裂韧度的率相关性与水压力无关但是失稳断裂韧度的率相关性与水压力有关,加载速率的增加导致裂缝中含水压的混凝土的失稳断裂韧度的增量较无水压混凝土显著增加.     

对焊接部位“低应力脆断”破坏机理的探讨

在后张法预应力工艺中，制作预应力主筋时的冷拉控制力，大于张拉控制力。但有时焊接部位在冷拉时曾表现“完好”，而在张拉时却会突然脆断。这种现象不能用材料力学中“极限强度”的理论来解释，而应当从断裂力学的角度进行研究和探讨。     

基于Abaqus对钢纤维增强混凝土断裂性能的研究

将1.5%的钢纤维掺入到混凝土当中形成新型复合材料——钢纤维混凝土。由于钢纤维能够延缓混凝土裂缝扩展,从而使其断裂性能较素混凝土有明显的提升。文章通过Abaqus软件对素混凝土梁和钢纤维混凝土梁的三点弯曲数值模拟,并运用纤维间距理论,分析对比钢纤维对混凝土梁的增强机理。     

具有宏观裂纹混凝土结构的起裂特性研究

具有宏观裂纹混凝土结构在荷载作用下裂纹是否会进一步扩展,是带裂纹工作的混凝土结构安全性能评价的重要课题.一方面要对混凝土结构应力状态进行现时观测与分析,另一方面要合理评价具有宏观裂纹混凝土结构的起裂特性.根据数批不同形式混凝土试件的试验结果,分析了混凝土起裂荷载/最大荷载、起裂韧度/断裂韧度与试件形式、相对初始缝长的关系,得出了一些有意义的结论.     

非标准钢筋混凝土三点弯曲梁双K断裂特性

以双K断裂理论为基础,基于标准钢筋混凝土三点弯曲梁断裂特性,推导了非标准钢筋混凝土三点弯曲梁断裂参数计算公式.开展了非标准钢筋混凝土三点弯曲梁试件断裂试验,研究了其断裂参数的变化规律.结果表明:试件荷载值随试件高度的增加而增大;而试件的亚临界扩展相对值、断裂韧度、起裂断裂韧度和失稳断裂韧度均不随试件高度的增加而变化,可认为是常数.