混凝土随机损伤力学研究进展

基于对混凝土构成性质的随机性与受力行为非线性的认识,对混凝土本构关系与结构非线性分析方法进行了系统的研究,形成了混凝土随机损伤力学的理论体系。研究发现：混凝土的非线性、随机性及二者的耦合对材料和结构的力学行为有深刻的影响;在细观-宏观以及本构-结构等不同尺度上,随机要素的传递、演化以及在演化过程中的涨落,均需要合理而细致地加以考虑;混凝土在细观层次的随机性直接影响结构的动力灾变行为。混凝土随机损伤力学的发展和完善,为实现基于可靠性的混凝土结构设计与控制提供了基础。     

脆性岩石损伤与热传导特性的细观力学模型

 基于均匀化方法给出低孔隙率脆性岩石在热–力耦合荷载作用条件下的各向异性损伤模型和有效热传导特性模型。其中,损伤模型可考虑非等温条件下裂纹的法向压缩变形、刚度恢复以及裂纹的滑动剪胀特性,热传导特性模型可反映损伤过程中细观结构的演化以及裂纹形态、孔隙率和饱和度变化对岩石有效热传导特性的影响。讨论低孔隙率结晶岩裂纹形态和饱和度对其有效热传导特性的影响;采用瑞典Äspö闪长岩在三轴压缩条件下的应力–应变曲线验证损伤模型的有效性,并分析岩石在损伤演化过程中裂纹体积率、密度、形态、饱和度和有效热传导特性的演化规律。研究成果对于深部岩体的热–力耦合特性研究具有一定参考意义。     

爆破损伤岩石力学特性的试验研究

在不同的爆破条件下,在大理岩中进行了模拟爆破实验。在对爆破损伤岩石的力学特性进行实验研究的基础上,得到了在不同爆点距离和爆破条件下,爆破对岩石损伤作用的一些规律,并应用岩石弹脆性细观损伤模型,对爆破损伤岩石的细观裂纹扩展规律及其损伤特性进行了分析。     

岩石损伤扩展力学特性的CT分析

将ＣＴ识别技术用于岩石损伤扩展研究,对岩石损伤扩展过程进行即时ＣＴ扫描。发现ＣＴ数的大小、分布规律及其变化情况与岩石损伤扩展密切相关,揭示了岩石损伤扩展过程中ＣＴ数与应力、应变间的定量关系,为建立岩石损伤扩展本构关系奠定了基础。     

岩石爆破损伤断裂的细观机理及其力学特性研究

 博士学位论文摘要　通过理论分析与建模、实验室与现场试验、数值模拟计算三个方面, 深入探讨了岩石在爆炸荷载作用下的细观断裂机理及损伤演化规律, 对爆破损伤岩石的力学特性进行了实验研究和分析。在分析研究现有岩石爆破损伤模型和岩石损伤断裂理论的基础上, 提出了用宏观和细观相结合, 用细观损伤断裂力学方法描述和计算了岩石爆破破碎过程, 并将爆破过程分为应力波的动力作用和爆生气体的驱动及准静态应力场作用两个相互连贯, 而作用机理又不尽相同的两个阶段: 第一阶段为爆炸应力波作用下的动态损伤断裂初期效应, 第二阶段为爆生气体的流体驱动和静态压力场作用下的损伤断裂后期效应, 并分别研究了该两阶段岩石在爆炸载荷作用下的微裂纹扩展和损伤演化规律以及岩石爆破损伤断裂准则。在应用计算损伤材料有效模量的Taylo r方法基础上, 建立了一个适应范围更广的新的岩石爆破损伤模型; 然后应用细观损伤力学和断裂力学理论, 建立了岩石在爆生气体驱动下的宏观裂纹扩展及在静态压力场作用下的裂纹尖端损伤局部化模型, 从而确定了岩石在爆炸载荷作用下的损伤场, 揭示了岩石爆破损伤断裂的全过程实质。运用超动态应变测试、超声波及电镜对岩石爆破损伤断裂机理和破坏过程进行了实验研究, 模拟了炮孔填塞和无填塞、耦合装药和不耦合装药、不同参数下的爆破过程, 分析了不同爆破条件下岩石内部的微裂纹扩展、损伤演化和岩石破碎规律。结果表明: 爆炸应力波对岩石的破坏作用主要体现在爆破近区, 而在爆破中远区主要产生损伤, 如果没有爆生气体的后期作用, 这种损伤一般不会造成破坏; 而爆生气体是裂纹扩展的主要原因, 特别是在主裂纹的形成和扩展过程中起了十分重要的作用。实验结果验证了所建模型的正确性和合理性。在现场及实验室实验的基础上, 分析研究了爆破对围岩的损伤作用, 建立了岩石弹脆性细观损伤模型; 并认为爆破对围岩的损伤作用体现在对岩石力学性能劣化和岩体完整性降低两方面, 其损伤程度与装药条件、爆破参数及远场应力有密切关系, 加大不耦合装药系数可以明显减弱对围岩的损伤作用;首次提出了爆破损伤岩石基本质量指标的概念, 推导了爆破对岩体基本质量指标BQ 公式的影响系数表达式, 定量地分析了爆破对围岩质量影响与损伤程度, 这对合理选取爆破参数和对围岩、边坡稳定有实用指导价值。以DYNA 22D 程序为基本框架, 采用小损伤条件下的解耦方法, 实现了对岩石爆破过程的数值模型, 计算模拟并对比了填塞和无填塞装药条件下的岩石爆破过程和损伤演化, 数值模拟与实验结果基本一致。     

简析不同力学理论在混凝土本构关系中的应用

本文从传统的力学理论到新兴交叉学科对混凝土本构关系的研究进行了一定的梳理,简要介绍了各力学理论方向在混凝土本构关系研究成果的特点,及各自的优缺点。最后提出了混凝土本构关系研究的目的、今后发展的方向以及对实际工程的指导意义。     

断裂力学和损伤力学在混凝土中的应用

叙述了断裂力学和损伤力学的形成、应用及发展过程，并将断裂力学和损伤力学引入到混凝土的研究中，探讨了断裂力学和损伤力学在混凝土中的应用。     

模拟混凝土路面板脱空的损伤力学

基于弹性损伤理论,并与有限元法相结合,形成损伤力学—有限元法,并自编了相应的计算程序,对沥青混凝土梁试件疲劳全过程进行了数值模拟计算与分析,理论计算结果与实际应用规律可以较好地吻合,说明本文提出的方法可用于描述水泥混凝土材料的疲劳特性。     

岩石损伤力学理论研究进展

首先回顾了岩石损伤理论的发展历史,并简单介绍了岩石损伤力学的研究内容。详细讨论了如何从宏观及微观角度定义损伤变量以及各自的优缺点,接着介绍了一些损伤演化方程的确立,最后介绍了近年来在损伤本构方程方面的研究。     

基于损伤理论的预应力混凝土冻融破坏研究

损伤力学提供了一种分析疲劳演化、估算疲劳寿命的有效方法.混凝土冻融破坏是一种低周疲劳损伤,可以利用损伤力学理论进行分析.试验利用损伤力学中疲劳损伤的基本原理对预应力混凝土在冻融循环作用下的损伤与失效过程进行了分析,在比较几种低周疲劳损伤理论的基础上,利用混凝土冻融前后动弹性模量变化的规律建立了预应力混凝土冻融破坏模型.并根据试验结果对模型进行了评价.结果表明在相同冻融循环次数下,随着应力水平的提高,混凝土抗冻能力是提高的;随着冻融的继续进行,应变趋向于定值,此时混凝土不再能承受应力作用而失效破坏.     

混凝土受压构件的协同损伤机理

在混凝土受压构件损伤演化过程中,各组分之间表现出强烈的非线性相互作用.在这一过程中,裂纹由最初的随机分布状态向将要发生破坏区域集中演化,表现出从无序到有序演化的现象,具有明显的自组织特征.根据混凝土受压构件的自组织特性,建立其损伤演化的序参量方程,求出定态解和非定态解,对混凝土受压构件损伤协同演化机理进行讨论.     

硫酸盐腐蚀后混凝土受弯构件力学性能研究

通过对受硫酸盐溶液腐蚀的钢筋混凝土受弯构件进行试验研究,分析了其在经受硫酸盐短期和长期腐蚀后力学性能的变化规律,并提出了长期腐蚀后钢筋混凝土受弯构件的承载力折减模式.     

混凝土多轴弹塑性损伤本构模型

建立了混凝土的多轴弹塑性损伤本构模型.考虑到混凝土在受拉和受压荷载作用下的不同破坏机理,将应力张量分解成受拉和受压两部分,定义了塑性屈服函数,从而达到考虑混凝土塑性变形的目的.在连续损伤力学理论的框架内定义了相应的损伤变量,并分别给出了损伤准则,以描述材料的不同损伤过程.对混凝土的单/双轴受拉和单/双轴受压四种加载情形进行了数值计算,并与相关的试验对比,结果验证了模型的正确性及有效性.     

钢筋混凝土结构的耐久性损伤机理

针对钢筋混凝土结构的耐久性问题,从物理和化学两个方面对混凝土结构发生耐久性损伤的机理进行了分析,指出造成钢筋混凝土耐久性损伤的原因很多,应根据不同情况具体分析,以采取正确合理的措施。     

纤维混凝土增强机理的界面力学分析

纤维混凝土是一种利用纤维材料增强混凝土性能的复合材料.纤维对混凝土的增强效果主要起决于纤维-混凝土基体的界面粘结性能.利用复合材料的剪滞理论对纤维混凝土的纤维-混凝土基体的界面力学传递进行分析,得出了纤维承受拉应力和剪应力的表达式,并分析了纤维对混凝土的增强效果.     

某商城火灾后钢筋砼结构损伤分析

对某商城火灾后钢筋砼结构的损伤情况进行综合分析和统计,采用超声-回弹法研究高温后混凝土的残余强度,分析了其结构损伤程度包括残余强度、炭化深度随火灾延烧时间的变化规律,对火灾后混凝土强度的评估分析具有一定的参考价值。     

盐侵蚀作用对矿物掺和料混凝土的损伤力学模型

通过干湿循环腐蚀法分析不同类型C20混凝土经盐腐蚀后内部损伤变量的变化规律及损伤模型。试验结果表明:随着干湿循环次数的增加,损伤变量D经历了从负值至逐渐增加的过程;单掺矿物外加剂对抗腐蚀有利,单掺引气剂对抗腐蚀性不利,采用复掺能够改善单掺引气剂对抗腐蚀性不利的局面;基于损伤力学理论,根据受盐腐蚀混凝土的抗压强度试验结果,利用Matlab6.5软件回归分析方法,提出了计算腐蚀混凝土强度的数学模型,计算结果与试验结果有很好的吻合性。