纤维增强混凝土断裂过程区试验研究

目的 研究纤维增强混凝土的韧性。方法 利用激光散斑法对混凝土及纤维增强混凝土切口梁的断裂过程区进行了研究。结果 对失稳断裂前微裂纹发展的全过程进行了跟踪测量,并得到了载荷与裂纹尖端张开位移Ｐ－ｄＣＴＯ曲线。结论 断裂过程区呈不规则狭长带状形,且混凝土中加入纤维后微裂纹区的扩散受到限制,使主裂纹的亚临界扩展长度、临界裂纹尖端张开位移增加,材料韧性增强。     

SBR乳液改性水泥砂浆断裂性能

通过对带有切口的砂浆试样进行三点弯曲试验测试,得到了掺量为0-18%的SBR(styrene-butadiene rubber,简称SBR)乳液改性水泥砂浆荷载-变形曲线及相应裂缝嘴张开位移(CMOD),并通过理论计算得到了不同掺量下改性水泥砂浆的有效裂纹长度(αeff)、临界应力强度因子(KSIC)及裂纹尖端张开位移(CTOD)等断裂特征参数.结果表明:SBR乳液改性水泥砂浆的临界荷载、相应变形及裂缝嘴张开位移随着乳液掺量的增加而增大,临界荷载随乳液掺量的增加仅增加13.4%,而变形及裂缝嘴张开位移则分虽增加了68.4%和64.5%;裂缝嘴张开位移、有效裂纹扩展长度、临界应力强度因子及裂纹尖端张开位移等则随着乳液掺量的增加呈指数增加;采用裂纹尖端张开位移较裂缝嘴张开位移更能体现出SBR乳液对砂浆作用效果的差异性.     

钢纤维高强混凝土断裂性能的试验研究

通过18个尺寸为200mm×170 mm×100mm的钢纤维高强混凝土和素高强混凝土楔劈试件拉伸试验,研究了钢纤维类型、体积率对高强混凝土断裂韧度(KIC)、断裂能(GF)、临界裂缝嘴张开位移(CM0DC)和裂缝尖端张开位移(CTODC)的影响.试验结果表明,钢纤维体积率对高强混凝土的断裂性能有显著影响;与铣削型和剪切波纹型相比,切断弓型钢纤维对钢纤维高强混凝土断裂性能的提高更为显著,断裂韧度增益比分别提高了19.9%,25.2%,断裂能增益比分别提高了355.4%,148.0%,临界裂缝嘴张开位移增益比分别提高了163.3%,148.4%,临界裂缝尖端张开位移增益比分别提高了225.9%,935.8%.     

混凝土断裂过程区的闭合解

利用虚裂纹模型研究了混凝土断裂过程中，推导了关于过程区尺寸和裂纹端张开位移的二个控制方程，在已知外加应力时，它们均可解出，外加应力增加到使裂纹顶端张开位移达临床值时，过程区尺寸达到最大，裂纹发生失稳扩展。     

铝合金摩擦搅拌焊接焊区的I/II型复合断裂研究

采用二维计算机视觉-数字图像比对技术,进行裂纹稳定扩展实时表面位移测量,定量分析了铝合金2024-T351母材及摩擦搅拌焊接后不均匀、各向异性的焊区的I/II型复合裂纹稳定扩展的断裂性能、临界COD及其分量CODI和CODII.并研究了母材及焊区裂纹的扩展路径.结果表明(1)距裂纹尖端后某一固定距离的临界COD可反映焊区的断裂韧性,(2)临界COD值反映复合裂纹的扩展受I型或II型裂纹扩展主导,(3)焊区的临界COD值对应地为母材的85%,(4)用数字图像比对技术分析I/II型裂纹的断裂性能是切实可行的一种新方法.     

2219铝合金搅拌摩擦焊接头裂纹尖端张开位移（CTOD）试验研究

采用裂纹尖端张开位移(crack tip opening displacement,CTOD)试验研究了2219铝合金搅拌摩擦焊(friction stir welding,FSW)接头各区域的断裂性能,分析了搅拌摩擦焊接头组织结构对接头断裂性能的影响.研究结果表明,2219铝合金搅拌摩擦焊接头的断裂呈韧性,但接头各区域韧性分布呈现明显的不均匀性,焊核区断裂韧性最好,热机影响区和热影响区次之,但均高于母材的断裂韧性.     

基体界面屈服强度和残余应力失配对界面裂纹扩展的影响

对基体界面屈服强度和残余应力失配情况下的界面裂纹扩展机制进行了力学理论分析,并通过位错与裂纹的关系理论计算了界面裂纹尖端塑性区尺寸。结果表明:当界面裂纹由低强度区向高强度区扩展时,高强度区的残余压应力和屈服强度减少了裂纹尖端的塑性区长度和裂纹尖端张开位移,从而起到了抑制界面裂纹扩展的作用。     

动载荷作用下的弹塑性微弯裂纹张开位移

主要研究了动载荷作用下的弹塑性弯曲延伸裂纹尖端的张开位移问题.综合考虑了动态作用应力、塑性区域边界上动态正应力与动态剪应力,利用二阶摄动方法与卡氏定理计算了弯曲裂纹尖端的动态张开位移.比较了弯曲延伸裂纹与直线裂纹动态断裂特性的连续性与统一性.论证了弹塑性动态断裂特性与线弹性动态断裂特性的连续性与统一性.开拓了一个计算弯曲延伸裂纹动态张开位移的理论模型的崭新领域.     

混凝土断裂电磁发射理论研究

对混凝土断裂时的电磁发射现象进行了理论研究,研究表明:混凝土断裂电磁发射是由于裂纹尖端电荷随着裂纹的加速扩展运动而产生.应用断裂力学理论分析了混凝土断裂时初始裂纹长度与裂纹扩展加速度之间的关系,并对影响裂纹扩展速度和加速度的相关因素进行了分析.根据实验结果,利用电磁学理论,分析了由于裂纹尖端电荷的加速运动所激发的电磁场强度及其频谱特性.     

基于双线性软化模型鲁灰花岗岩断裂特征研究

为了研究岩石断裂过程的非线性力学特征,将脆性材料双线性软化模型应用到鲁灰花岗岩断裂特征研究中,通过实验测定并计算了σ_t、G_f、和w_1四个参数,得到了该模型下的软化曲线.然后,通过实验测定的峰值荷载下预制裂缝尖端张开位移CTOD_c与w_q对比,验证了软化曲线的合理性.该曲线反映了鲁灰花岗岩断裂过程中粘聚应力和裂缝张开位移的关系,软化曲线转折点横坐标w_q介于0.006～0.009mm之间,对应失稳破坏的临界状态,临界裂缝张开位移w_c介于0.05～0.07mm之间,对应微裂缝区的末端.     

尺寸效应对钢筋混凝土梁裂缝的影响

运用断裂力学分析方法并采用断裂韧度判据研究尺寸效应对钢筋混凝土梁裂缝的影响。首先将三点弯曲梁自重、荷载、钢筋以及断裂过程区的粘聚力在裂缝尖端产生的应力强度因子叠加,检验其是否超过断裂韧度,以判断裂缝是否扩展。然后通过增大荷载以及增加裂缝长度的方式迭代计算,求得相应尺寸构件的承载能力,整个计算过程采用Matlab编程来实现。研究结果表明,尽管钢筋对混凝土梁的裂缝扩展起到限制作用,使其呈现出“塑性”特征,但是钢筋混凝土梁仍然存在尺寸效应现象,只是与素混凝土相比不明显。     

尺寸效应对钢筋混凝土梁裂缝的影响

运用断裂力学分析方法并采用断裂韧度判据研究尺寸效应对钢筋混凝土梁裂缝的影响。首先将三点弯曲梁自重、荷载、钢筋以及断裂过程区的粘聚力在裂缝尖端产生的应力强度因子叠加,检验其是否超过断裂韧度,以判断裂缝是否扩展。然后通过增大荷载以及增加裂缝长度的方式迭代计算,求得相应尺寸构件的承载能力,整个计算过程采用Matlab编程来实...     

聚丙烯纤维对钢筋混凝土梁抗裂及承载性能的影响

对普通钢筋混凝土梁和掺加了改性聚丙烯纤维后的钢筋混凝土梁进行了弯曲试验研究。试验研究表明，改性聚丙烯纤维可以在一定程度上提高梁的抗裂性能和正截面承载力，分析了纤维的掺入对钢筋混凝土粱的抗裂性能及正截面承载力的影响机理。     

长江三峡大坝混凝土双K断裂参数试验研究

对长江三峡工程泄洪坝段原材料制成的大坝混凝土及其湿筛混凝土试件做直接拉伸试验,得到大坝混凝土及其湿筛混凝土断裂过程区的本构关系.结合标准三点弯曲切口梁试验,运用双K断裂模型,得到大坝混凝土和湿筛混凝土的双K断裂参数.试验结果表明,三峡大坝混凝土的起裂和失稳韧度均大于其湿筛混凝土,前者分别为后者的1.14和1.19倍.     

基于XFEM的混凝土三点弯曲梁开裂数值模拟研究

扩展有限元法通过在相关节点的影响域上富集非连续位移模式,使对非连续位移场的表征独立于单元边界.采用扩展有限元法对单边切口混凝土三点弯曲梁进行数值模拟,混凝土采用最大主拉应力牵引损伤开裂准则和线性软化损伤模型,并将结果与试验进行对比,验证模型有效性.结果表明,扩展有限元法模拟值与试验值在起裂韧度、失稳韧度等方面存在差异,但总体相差不大.分析认为存在的差异主要是由于混凝土梁自重、支座摩擦力等原因造成,扩展有限元可有效模拟混凝土梁在含有初始裂缝情况下从加载到失稳破坏的全过程,获得裂纹萌生、扩展的过程及破坏形态.     

混凝土预制缺口梁试件拉张破裂数值模拟

目的针对混凝土抗压不抗拉的特性,探讨混凝土预制缺口梁断裂过程中裂纹尖端应力分布及裂纹扩展规律．方法采用拉张破裂有限元软件,对预制缺口在梁的顶部和在底部不同位置的模型进行数值模拟,描述拉张破裂后形成的不连续面．结果得出了不同方案中预制梁受拉破裂的破坏形式．缺口到梁跨度中心线的距离越小,梁试件底部拉应力区域越小;缺口到梁跨度中心线的距离越大,梁试件底部的拉应力区域越大．结论由不同方案破坏形式可以看出,缺口梁受拉应力作用发生破裂,形成不连续面;随着破裂面的形成与发展,混凝土梁的结构形式发生相应改变,导致应力状态随之调整．缺口的位置直接影响梁结构的破裂方式,缺口到梁跨度中心线的距离在一定的范围内,缺口控制着梁破坏的形式,破裂沿缺口发展;超出范围以后,缺口的存在不影响梁的破坏形式,破裂的形成、发展形式与无缺口梁的破坏形式相同．     

数字散斑相关方法测量混凝土裂缝尖端演化过程

阐述了数字散斑相关方法的基本原理.采用爬山搜索法进行整像素搜索,基于梯度的搜索算法计算亚像素位移、位移场局部最小二乘拟合计算应变场.测量了混凝土三点弯曲梁裂缝尖端的演化过程,给出了试件加载过程的载荷-位移曲线以及裂缝扩展的过程.由DSCM分析结果,获得了试件在不同载荷下裂缝尖端的位移场与应变场.为深入研究含裂纹体材料和结构的断裂破坏提供了一个有效的实验方法.     

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一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。     

硫酸盐侵蚀环境下混凝土双K断裂参数试验研究

为了评估硫酸盐侵蚀环境下混凝土的工作性能并为断裂分析提供依据,采用三点弯曲梁试验方法,研究在硫酸盐侵蚀和干湿循环双重作用下混凝土双K断裂参数等断裂性能的劣化规律.基于断裂力学理论,通过在裂缝尖端表面粘贴应变片来监测裂缝的起裂、扩展和失稳断裂情况,得到在不同硫酸盐侵蚀龄期下试件的P-CMOD曲线.以侵蚀系数为评价指标,采用混凝土双K断裂准则计算构件的失稳韧度和起裂韧度.结果表明:起裂荷载与最大荷载的比值PQ/Pmax大致分布在0.55～0.90,失稳韧度和起裂韧度在侵蚀初期均有较明显的增大,转折点分别为60和30d,之后随侵蚀龄期不断缓慢减小.与失稳韧度相比,起裂韧度受硫酸盐侵蚀因素的影响较敏感.     

基于断裂力学和损伤理论的混凝土开裂模型

依据宏观断裂力学和细观损伤理论,研究混凝土断裂过程区对断裂韧度的影响.在双参数模型的基础上,将细观的损伤本构模型运用于描述宏观断裂过程区的应力分布,并建立改进的混凝土开裂模型.以力学实验为基础,采用ABAQUS分析软件对不同龄期、不同初始裂缝深度的混凝土梁开裂过程进行模拟.数值模拟结果表明,应力强度因子和裂缝尖端位移都随着龄期的增加而增加.但是在同一龄期,初始缝高比对应力强度因子和裂缝尖端位移的影响并不明显.采用改进模型进行的数值模拟结果与实验结果吻合良好,表明该开裂模型能准确描述混凝土的临界开裂,可以作为评价混凝土开裂与否的理论判据.