基于CT和声发射的混凝土材料细观破坏研究

为了描述混凝土材料细观损伤破坏过程,将单轴压缩下混凝土试块的CT实验和声发射损伤定位实验相结合,利用Amira三维重建软件,统计单轴压缩下混凝土试件不同应力阶段的孔隙体积和孔隙质量中心坐标。研究表明:单轴压缩下的混凝土试块经历弹性孔隙压缩阶段,裂纹稳定拓展阶段和裂纹非稳定拓展三个主要变形阶段,试块损伤从散乱无序到逐渐有序,丰富了定量描述混凝土细观破坏过程的有效手段,为进一步探索混凝土材料细观破坏的机理奠定基础。     

混凝土拉伸荷载条件下细观破损过程的CT试验研究

对静力、动力拉伸荷载条件下混凝土的细观破损过程进行了CT试验研究,获得了试样内部裂纹萌生、扩展、贯通的全过程CT图像。通过对CT图像及图像兴趣区中整体统计区域、局部统计区域CT数均值的分析,研究了混凝土拉伸荷载条件下细观破损过程。结果表明:静力拉伸荷载条件下,裂纹在界面的薄弱区域形成后逐渐往相邻的薄弱部位扩展,两个统计区域CT数均值呈降低趋势,试样破坏时伴有少量骨料被拉断的现象;动力拉伸荷载条件下,裂纹从界面薄弱区域形成后追随最快的路径扩展,局部统计区域CT数均值呈下降趋势,而整体统计区域CT数均值变化幅度较小,破坏后骨料沿界面脱离砂浆粘结,且试样破裂面更为平整;由于加载速率的提高,骨料被拉断的现象非常显著。     

基于CT技术的混凝土三维有限元模型构建

提出了一种基于CT数字图像技术的混凝土材料三维有限元模型构建的新方法.首先,采用医用CT扫描系统,对混凝土试样进行逐层扫描,生成材料的内部细观结构图像,利用CT图像的三维重构技术,将得到的剖面细观图像逐层叠加,形成三维细观结构图像;然后,将该图像映射到有限元程序中进行三维网格剖分,建立真实状态下的混凝土细观数值分析模型;在此基础上,对钢纤维混凝土进行了劈裂试验.结果表明,这种基于CT技术的数字图像三维有限元模型构建方法可真实地反应混凝土材料的内部结构与材料的固有力学特性,其数值分析结果与物理试验结果吻合,是数值分析领域中的一种新的尝试与创新.     

基于CT图像的混凝土材料声发射损伤检测优化

为了使声发射仪器自身定位系统的损伤定位更加准确。基于CT图像信息,利用Amira三维可视化重建软件完成三维混凝土裂纹模型,以损伤定位点在CT图像裂纹区域作为合格准则,讨论声发射仪器检测参数的设置。结论表明:重建的三维裂纹模型能够比较真实的反映出混凝土的实际裂纹结构。声发射仪器参数设置中,利用断芯试验标定声速,门限值取值稍高于检测环境的噪声幅值,时间参数设置PDT∶150μs,HDT∶300μs,HLT∶500μs,声发射损伤定位图与CT实验的结果一致,为声发射的损伤检测的参数设置提供可靠依据。     

基于CT图像的细观混凝土孔隙缺陷研究

将混凝土看作由骨料、砂浆、界面和孔隙缺陷组成的细观非均质材料,借助计算机断层扫描(CT)技术,建立了考虑孔隙缺陷相的细观混凝土模型,对有、无孔隙缺陷情况下混凝土的受拉破坏过程及应力集中的大小与分布进行了对比分析,研究了孔隙缺陷的面积统计分布规律.结果表明:孔隙缺陷的存在会增强混凝土材料的整体非均质性和拉应力分布的非均匀性,导致明显的应力集中;孔隙缺陷面积的分布规律基本符合Lognormal概率分布规律.     

基于CT技术和灰度共生矩阵理论研究不同荷载#br# 作用下混凝土的细观损伤演化过程

混凝土CT试验可以通过CT图像记录外部荷载作用下混凝土内部细观损伤演化信息。峰值强度前不同应力阶段同一断面的CT图像所对应的原始数字矩阵中存在细微差异,而这些不能被直观观察到的细微差异正是研究混凝土损伤萌生、演化的关键。为了深度挖掘数字矩阵中的细微差异信息,文章建立了一套基于灰度共生矩阵理论的分析程序来研究混凝土细观损伤演化过程,并分别应用混凝土试件在单轴静力压缩和拉伸荷载作用下的CT试验结果来验证该方法的有效性。结果表明,该方法不仅能有效地评估混凝土试件的初始细观损伤分布及其在荷载作用下的演化过程,预测试件的断裂位置,确定最大损伤断面,而且能通过统计特征值建立细观损伤变量表达式来定量表征细观损伤。不同应力阶段的4个统计特征值(对比度、能量、相关性、同质性)的变化显示静压试件在应力达到峰值强度的96.2%时,试件内部第42-235幅混凝土横断面位置处损伤有明显发育,且这与试件破坏后的裂缝位置一致,静拉试件在峰值强度前其内部细观损伤未见发育,试件破坏后裂缝出现在89-116幅混凝土横断面CT图像之间。另外,混凝土试件破坏前后的CT图像的灰度共生矩阵对应的彩色热图的对角线分布、峰值个数及带宽与细观损伤发育程度相关。     

非均质混凝土破坏过程的细观数值试验

结合细观单元的弹塑性各向异性损伤本构模型,建立了研究非均质混凝土破坏过程及其非线性力学行为的细观数值试验模型。该模型基于混凝土材料细观层次的结构特征,采用Weibull随机分布函数引入材料的非均匀性;同时,为反映加载边界条件如端部约束等的影响,采用Bathe提出的接触问题约束函数法处理不同物体之间的相互作用。运用该模型,对压缩和拉伸加载方式下混凝土的渐进性破坏过程进行了系统性的数值试验,其结果与他人的研究结果基本一致,从而验证了该模型的合理性。该模型为从细观层次研究复杂加载方式下混凝土的渐进破坏过程,进一步揭示混凝土的破坏机理及其非线性力学行为本质提供了一种新的数值试验手段。     

地震波CT技术探测煤层上覆岩层破坏规律

利用地震波CT技术进行煤层上覆岩层破坏规律探测，从测试原理、工作方法及资料解释等方面阐述了孔一巷间地震波CT探测技术，并通过煤矿上提工作面观测实例，进一步说明该方法进行上覆岩层破坏观测及判定的准确性和可行性。研究表明，与传统方法相比，地震波CT技术观测成果具动态性，且经济、直观，达到高精度和高分辨的精细要求，其结果实用可靠。     

基于CT扫描的混凝土三维细观数值模拟

利用CT对混凝土试件进行扫描,借助MIMICS软件对扫描图像进行三维重构,得到了混凝土三维几何模型;对不同配合比的混凝土与水泥砂浆试件进行了力学试验,得到了数值模型的力学参数;基于所得混凝土三维数值试件参数,在ABAQUS软件中利用塑性损伤模型模拟了混凝土三维数值试件的单轴拉、压加载过程,并将数值模拟结果与试验结果进行了比较。结果表明:该三维数值模型具有合理性。     

基于CT图像的混凝土细观损伤数值模拟研究

针对混凝土细观损伤机理进行了研究,将混凝土看作由骨料、砂浆和孔隙组成的细观多相复合材料,通过CT技术对其单轴压缩损伤机制进行了分析,并对所得结果处理后通过MIMICS软件建立了相应三维细观模型,结合ABAQUS工具进行了数值模拟研究.结果表明:数值模拟得到的混凝土损伤图可以较好地反映混凝土试件单轴受压的整个损伤过程;混...     

基于小波变换的再生混凝土框架试验破坏过程分析

通过一榀单跨两层再生混凝土框架结构的水平低周反复荷载试验,研究再生混凝土框架的破坏机制、滞回、内力重分布和损伤累积等特征。基于纤维模型,利用有限元软件OpenSees对再生混凝土框架试验结果进行模拟。基于小波变换理论提出可用于评价混凝土结构破损程度的损伤因子,并利用该因子对再生混凝土试验框架试件在整个拟静力试验中的损伤累积过程进行深入分析。数值模拟结果与试验结果吻合良好,两者均表明再生混凝土框架滞回曲线较丰满,具有良好的抗震性能。提出的损伤因子能够准确、有效地反映在整个破坏过程各阶段结构的损伤程度。     

基于CT图像的混凝土细观结构的有限元重建

基于CT扫描得到的图像,结合图像数字处理技术,对混凝土的真实细观结构进行了重建,并将其导入有限元软件之中,建立了更能准确表征混凝土细观非均质性的二维数值试件,尤其是考虑了孔隙对混凝土拉应力分布的影响,从而弥补了传统数值方法中采用虚拟随机混凝土骨料模型的不足.通过几种不同情况的劈裂试验的对比.可以发现,是否考虑非均质性和孔隙将会对计算结果产生很大的影响,考虑了混凝土的非均质性和孔隙后,拉应力分布并不是均质条件下的中心对称均匀分布,而是有大量应力集中现象,主要出现在骨料、砂浆基质和孔的交界处,拉应力沿加载方向呈波动状变化,最大拉应力出现在孔隙和砂浆基质的交界处,而不是出现在沿加载方向直径的中心附近.     

大体积混凝土声波CT质量评判技术探讨

大体积混凝土因其结构体积大、承受荷载大、水泥水化热大、内部受力复杂等原因,施工中常常出现施工冷缝、泌水现象、早期温度裂缝等特有的质量问题。为此,大体积混凝土质量、特别是混凝土内部质量评判成为质量控制技术研究问题的焦点。在对大体积混凝土质量控制及检测技术研究现状分析基础上,对声波CT技术的基本原理及特点进行分析,对两个大桥的桥墩及桥台混凝土质量检测进行实例分析。实践表明,应用声波CT技术检测混凝土质量具有速度快、成本低、精度高、直观等优势,能够克服常规无损检测手段的弱点或条件限制。     

预应力混凝土矩形截面梁弯曲破坏过程的有限元分析

利用ANSYS有限元分析软件,对预应力混凝土矩形截面梁的弯曲破坏过程进行了模拟,并对有限元模型的建立、材料模型的选取、单元的选择以及网格的划分进行了说明。数值试验再现了试件的整个破坏过程,分析结果与实际试验结果比较吻合,也为钢筋混凝土结构的研究提供了新的方法和途径。     

岩石变形破坏过程中的能量耗散分析

岩石作为一种复杂的非均质地质材料，其力学响应表现出明显的非线性和各向异性特点。岩石在变形破坏过程中始终不断地与外界交换着物质和能量，是一个能量耗散的损伤演化过程。采用损伤演化方程可以从宏观上描述损伤变量以及与其相伴的广义热力学力——损伤能量释放率的变化规律。进一步通过细观损伤力学的研究，可以揭示岩石变形破坏过程中能量耗散的内在机制。围绕这一基于能量耗散的岩石力学研究思路及其相关进展，最终将建立基于损伤演化及能量耗散的宏．细．微观多层次耦合的岩石力学体系，这有助于更准确地解决岩石工程领域中更多的力学分析问题。     

水泥混凝土路面开裂机理与破坏过程问题分析

通过介绍损伤力学的原理,进一步分析研究了由水泥与混凝土铺设路面的开裂机理和破坏过程,并结合理论与实践提出了预防路面开裂的措施,以延长水泥混凝土路面的使用寿命。     

细观单元等效化方法模拟混凝土细观破坏

从非连续介质力学角度出发,提出了1种能准确模拟混凝土断裂破坏过程的细观单元等效化方法,推导混凝土细观单元的等效力学行为并数值验证了其合理性。基于细观单元等效化模型,采用扩展有限元法对单轴拉伸条件下湿筛混凝土试件的裂纹扩展过程及宏观力学性能进行数值模拟,并与细观随机骨料模型结果进行对比。结果表明：与随机骨料模型相比,细观单元等效化模型大大减小了体系自由度,在较低计算量的情况下可以获得与之较吻合的裂纹扩展路径及宏观力学性能,充分展现了该力学模型的准确性和高效性。     

碳纤维布加固混凝土梁剥离破坏过程分析

碳纤维布加固混凝土梁的破坏形态中 ,剥离破坏是一种与普通混凝土梁破坏形态完全不同的脆性破坏形式 ,也是设计控制状态之一。根据试验研究 ,对受弯加固碳纤维布的剥离全过程进行了分析 ,通过与有限元计算结果的比较 ,建立了剥离过程的分析模型 ,为理论分析奠定了基础     

单轴拉压状态下混凝土破坏的细观数值演化分析

在提出可同时满足级配曲线及指定骨料填充率的任意凹凸形骨料配置算法的基础上,建立了混凝土试件的细观随机骨料模型,并建立了空间应力环境下细观单元的弹性损伤本构关系;分别就工程中常采用的两种不同的混凝土强度,研究了混凝土试件的细观损伤演化过程及细观单元力学参数取值对混凝土试件宏观表征强度的影响。数值算例验证了模型的有效性,并揭示出混凝土试件破坏主要是由细观单元的拉伸损伤积累所导致的。