基于细观力学模型的混凝土温度裂缝研究

建立了混凝土的细观力学模型,考虑骨料、砂浆和界面的3相组成,利用Weibull概率分布对各相材料的力学参数进行随机赋值,体现出材料的细观特征和不均质特性.基于混凝土弹脆性损伤模型,对混凝土开裂进行数值模拟,以单轴压缩和3点弯曲梁实验对该方法进行了验证,同时提出了通过宏观性质演算细观参数的方法,最后,模拟了寒潮工况下早龄期混凝土在不同保温条件下的开裂.结果表明:该方法能较好地模拟混凝土材料中微裂纹的萌发和扩展,能较好地反应混凝土材料在温度荷载下开裂的全过程.     

混凝土随机损伤本构关系的数值模拟研究

从细观力学层次出发,把混凝土看作是由骨料、砂浆基质及两者之间的界面过渡区组成的三相复合材料,通过引入细观损伤变量及损伤变量的演化规律模拟了混凝土的破坏过程。首先生成骨料位置随机分布且颗粒级配符合Fuller曲线的数值试件,然后对每一相材料分别赋以服从Weibull分布的随机力学参数（弹模、强度和泊松比等）并规定相应的破坏准则,将通过上述途径获得的混凝土数值试件导入有限元软件Abaqus进行数值模拟。与实验结果的对比显示,本文提出的随机损伤数值模型能够较好地模拟混凝土板式试件在单拉、单压下的应力-应变关系曲线以及混凝土中裂纹的萌生、开裂过程。     

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。     

细观力学模型在混凝土层裂实验中的应用

利用细观力学的方法研究了造成混凝土层裂实验中出现反射应变峰值随着传播距离增加而增加的现象(即"反常"现象)原因。提出了三维三相(基体、骨料及二者之间的界面过度层-ITZ)细观力学模型的建模方法,并通过单元重构技术克服了ITZ层太薄而难以模拟的问题。利用三相细观力学模型模拟了层裂实验的破坏形貌并对比分析了三相、两相和宏观模型在模拟"反常"现象时的优缺点。研究表明:三相细观力学模型的模拟结果与实验结果具有更好的一致性,再结合损伤云图说明了造成"反常"现象的原因是损伤积累效应。     

基于有限元计算细观力学的复合材料宏观性能的一体化预测

基于有限元计算细观力学理论,以MSC.PATRAN为平台,利用PCL实现了RVE的参数化自动建模,建立了RVE库。并根据不同的细观力学方法,通过在后台对RVE边界条件的设置及有限元计算,集成了相应的计算程序,从而实现了复合材料宏观性能的一体化预测。最后,以单向复合材料的宏观弹性模量预测为例,展示了一体化预测系统。     

含流体夹杂弹性介质有效性能

为了研究流体内压对闭孔材料有效性能的影响,采用细观力学方法,建立了含有内压流体的细观力学模型,用以分析孔压与材料宏观变形的耦合效应.流体和内压通过等效特征应变来表征,将Eshelby-Mori-Tanaka等效夹杂原理推广到含流体夹杂的材料有效性能问题中,得到了含流体夹杂弹性介质有效刚度的解析式.比较解析解与有限元数值结果可知二者吻合较好.研究表明,材料的有效体积模量与流体夹杂性能、体分比及内压有关,且流体内压能显著提高材料的有效体积模量,而有效剪切模量与流体性能及内压无关.     

全级配混凝土细观力学网格划分的单元切割法与等效弹模的计算

混凝土细观力学是研究混凝土材料性质的重要方法之一.首先,采用被占区域剔除法生成骨料,该方法能较快地完成高含量骨料的混凝土细观力学模型生成.然后,针对目前混凝土细观力学网格剖分的难题,提出了单元切割法,解决了全级配高含量骨料有限元网格剖分的难题,并且所产生的网格单元形状比较规则均匀.最后编写了三维细观混凝土试件等效弹模的数值计算程序.算例给出了湿筛二级配、三级配以及全级配混凝土的细观力学模型,并将单元切割法产生的网格应用于混凝土细观力学等效弹模的计算,数值计算结果与其他数学方法的结果接近,表明该方法具有较好的实用性.     

基于格构模型的长龄期混凝土力学性能研究

为研究并预测长龄期混凝土的力学性能,基于三维格构模型构建了考虑真实形状骨料、界面过渡区(interfacial transition zone,ITZ)与砂浆基质的三相混凝土细观模型.结合万家口子水电站工程中的混凝土物理试验,进行了水化数值试验与单轴压缩数值试验,模拟不同龄期混凝土单轴压缩破坏过程,建立了基于水化度的混...     

三维编织复合材料力学性能分析方法评述

由于三维编织复合材料中纤维束在空间分布的复杂性,与层合复合材料力学性能分析有着本质的差别.为此本文概述了三维编织复合材料的力学特点及其一般研究步骤,详细介绍了目前几种常见的力学分析模型,分析了其存在的优缺点,依此指导力学工作者合理地选择计算模型,使之能对三维编织复合材料进行较为精确的力学性能预报,并为今后的研究提供指导。     

细观力学方法预测单向复合材料的宏观弹性模量

基于细观力学预测复合材料宏观弹性模量的两种方法,以单向复合材料为研究对象,从理论上推导了复合材料三维桥联模型公式,并利用CAE软件M sc.Patran/N astran建立了RVE模型,进行了有限元模拟计算。两种方法计算的结果与实验均有较好的一致性,表明两种方法都是能够较好计算单向复合材料的宏观弹性模量。     

Delamination analysis of woven fabrication laminates using cohesive zone model

A new test method was proposed to evaluate the cohesive strength of composite laminates. Cohesive strength and the critical strain energy for Mode-II interlamiar fracture of E-glass/epoxy woven fabrication were determined from the single lap joint(SLJ) and end notch flexure(ENF) test, respectively. In order to verify their adequacy, a cohesive zone model simulation based on interface finite elements was performed. A closed form solution for determination of the penalty stiffness parameter was proposed. Modified form of Park-Paulino-Roesler traction-separation law was provided and conducted altogether with trapezoidal and bilinear mixed-mode damage models to simulate damage using Abaqus cohesive elements. It was observed that accurate damage prediction and numerical convergence were obtained using the proposed penalty stiffness. Comparison between three damage models reveals that good simulation of fracture process zone and delamination prediction were obtained using the modified PPR model as damage model. Cohesive zone length as a material property was determined. To ensure the sufficient dissipation of energy, it was recommended that at least 4 elements should span cohesive zone length.     

Mathematical modeling and simulation of the interface region of a tri-layer composite material, brass-steel-brass, produced by cold rolling

The object of this study was to find the optimum conditions for the production of a sandwich composite from the sheets of brass-steel-brass. The experimental data obtained during the production process were used to validate the simulation program, which was written to establish the relation between the interface morphology and the thickness reduction amount of the composite. For this purpose, two surfaces of a steel sheet were first prepared by scratching brushing before inserting it between two brass sheets with smooth surfaces. Three sheets were then subjected to a cold rolling process for producing a tri-layer composite with various thick-nesses. The sheet interface after rolling was studied by different techniques, and the bonding strength for each rolling condition was determined by peeling test. Moreover, a relation between interfacial bonding strength and thickness reduction was found. The simu-lation results were compared with the experimental data and the available theoretical models to modify the original simulation pro-gram with high application efficiency used for predicting the behavior of the interface under different pressures.     

均匀化在数值混凝土单轴拉伸试验中的应用

目的研究湿筛混凝土、全级配混凝土的抗拉强度,进一步掌握混凝土的细观结构与宏观力学性能间的关系.方法将混凝土视为由骨料、水泥砂浆及二者间的粘结带所构成的三相复合材料,利用蒙特卡罗方法生成混凝土随机骨料模型.采用双折线损伤演化模型描述混凝土细观各相单元的损伤退化.利用非线性有限元方法对一级配混凝土试件的轴拉实验进行了数值分析;在二级配混凝土试件的轴拉实验中验证了均匀化的正确性;在全级配混凝土轴拉实验中应用了均匀化方法.结果得到一级配混凝土的抗拉强度为2.5 MPa,二级配混凝土的抗拉强度为1.96 MPa,四级配混凝土的抗拉强度为1.72 MPa.结论采用均匀化方法预测全级配混凝土的宏观力学性能是可行的.数值模拟所得的结果与实验结果表现出较好的一致性.     

Al_2O_3／Al－4Wt％Cu复合材料凝固时溶质传输及其对界面的影响

根据金属凝固过程中的守恒定律和传输原理，建立了Ａｌ２Ｏ３／Ａｌ－Ｃｕ复合材料凝固对溶质传输的数学模型．利用所建立的模型，对Ａｌ２Ｏ３／Ａｌ－４Ｗｔ％Ｃｕ复合材料凝固过程中的温度和成分分布以及凝固进程进行了数值模拟．研究了复合材料凝固时的溶质传输以及对纤维／基体界面的影响，讨论了溶质在界面富集的原因．     

CFG桩复合地基基床系数研究

为了确定CFG桩复合地基反力系数,分别采用设计软件计算法、载荷实验法、沉降监测反演法和数值分析法等,针对具体工程案例分别确定其复合地基反力系数,并将各种方法的计算结果进行了比较,发现由设计软件和数值分析方法计算所得的复合地基反力系数偏小,单桩复合地基载荷实验和沉降监测反演法确定的地基反力系数值较为接近.     

混凝土中氯离子渗透的试验与细观数值分析

采用试验研究与数值模拟相结合的方法,从细观角度研究了粗骨料含量、界面区和孔隙率等对混凝土中氯离子渗透性能的影响。通过氯离子扩散系数快速测定RCM试验和压汞试验,分析了不同粗骨料含量、水胶比、孔隙率与氯离子扩散系数的关系;通过编写程序建立混凝土细观随机骨料模型,进而对氯离子的扩散性能进行数值模拟,分析了粗骨料含量和界面区等细观参数对氯离子渗透扩散的影响。结果表明：数值模拟与试验结果吻合性较好,验证了细观数值模型的有效性;氯离子扩散系数随粗骨料含量的增加而降低;混凝土孔隙率随水胶比的增加而增大,进而增加混凝土的渗透性;混凝土的渗透性能随着界面区厚度和界面区扩散系数的增加而增大。     

铜包钢线连续挤压包覆模拟实验及机理研究

采用模拟实验装置模拟了CONFORM连续挤压包覆双金属工艺,结果表明模拟实验是可行的,并得出了具有冶金结合界面的Cu/Steel复合线材,根据实验参数,采用数值模拟的方法研究了Cu/Steel双金属连续挤压包覆的成形极限图。     

基于ALE的螺柱型冲击焊数值模拟研究

在原有焊接试验基础上，展开任意拉格朗日?欧拉(ALE)法下的螺柱型冲击焊数值模拟研究. 数值模拟研究结果与实际焊接试验结果高度相似，模拟结果可以真实反映实际焊接试验情况. 结合模拟数据，分析试样剖面不同位置的剪应力、压应力及对应的应变分布情况，佐证了应力波是形成波状界面的重要机理.     

开孔波折板连接件在组合柱中连接性能的有限元分析

采用ABAQUS有限元软件,对已有的设置开孔板的型钢混凝土柱进行模拟分析,应用试验数据验证了模型的合理性.在此基础上,为了研究开孔波折板连接件在组合柱中的连接性能,对具有布置开孔波折板连接件的型钢混凝土柱进行有限元模拟,并将模拟结果与布置开孔板连接件的型钢混凝土柱的模拟结果进行对比,分析了型钢与混凝土接触面处的相对滑移及分布规律、两种连接件的受力情况.研究表明：在组合柱柱身上面布置相同高度的连接件,开孔波折板连接件的连接性能明显优于开孔板连接件.     

土钉桩抗拔承载性能试验与仿真分析研究

土钉桩复合结构是一种新型桩。为了探求土钉桩结构的抗拔承载性能,本研究进行了模型桩现场抗拔试验,并采用了三维有限元数值仿真技术,分析研究了土钉桩结构的抗拔性能,验证了数值仿真结果的可靠性。Goodman接触面单元用来模拟桩和土之间的接触,梁单元用来模拟土钉。基于弹塑性理论建立了土的应力应变关系。采用ANSYS分析了桩-土钉-土之间的相互作用问题。与裸桩进行对比,试验结果和数值结果都表明土钉桩结构具有很好的抗拔承载性能。本文研究为这种新型桩在今后的设计和应用具有一定的现实指导意义。