基于静态和动态休止角的钛白粉离散元仿真参数标定

粉体物料在进行离散元模拟前需要通过参数标定过程来获得精确的离散元仿真参数，现有的参数标定多以静态休止角作为单一的响应值，并不能充分体现粉体的真实性能。为了提高钛白粉离散元仿真参数的精度，选取钛白粉的静态休止角和动态休止角作为宏观响应指标，使用自制的测定装置测得钛白粉的静态和动态休止角的平均值；根据颗粒的尺寸相似原则和减小刚度原理对钛白粉颗粒的粒径和切变模量进行简化，并建立离散元仿真模型；通过单因素试验排除部分对休止角影响较小的离散元仿真参数；应用Box-Behnken试验分别建立静态和动态休止角的二阶回归方程，以实际测定的休止角为目标值对2个回归方程进行寻优求解，获得最优的离散元仿真参数组合；对离散元仿真参数进行实验验证，实现对钛白粉离散元仿真参数标定。结果表明：当钛白粉-钛白粉静摩擦系数为0.51,滚动摩擦系数为0.29,钛白粉-不锈钢静摩擦系数为0.62,滚动摩擦系数为0.17时，钛白粉的离散元仿真参数值组合最优；仿真得到的静态和动态休止角分别为40.4°、 66.2°,与实际测定值的相对误差分别为1.22%、 1.07%。     

微波照射下附着砂浆对再生混凝土粗骨料强度的影响

微波照射回收废弃混凝土中的粗骨料是一种高效、节能、环保的混凝土再资源化技术。粗骨料表面附着砂浆耗散的微波能量对于回收粗骨料的质量有显著影响。本实验选取了两种常见的粗骨料,花岗岩和玄武岩,制成表面包裹均匀厚度砂浆的试样进行微波加热试验,研究了不同的砂浆厚度和含水率下试样表面的温度变化,并对微波照射后砂浆失水特性、裂纹扩展及破坏特征进行了分析。微波加热结束后剔除粗骨料表面剩余的附着砂浆,选取形状完整未发生熔融的粗骨料进行单轴抗压强度测试,研究包裹砂浆对微波照射粗骨料强度折减的影响。结果表明：微波照射后花岗岩和玄武岩骨料的强度随粘结砂浆含水量的增加而增加;微波照射后花岗岩骨料强度随黏附砂浆厚度增加而增加,玄武岩骨料强度随黏附砂浆厚度增加呈下降趋势。与厚度相比,砂浆的含水率对微波加热后粗骨料的强度影响更大。     

C40自密实混凝土施工性能分析与应用

针对混凝土配筋密集、大落差等特点造成混凝土易离析、难振捣的问题,本文对C40自密实混凝土施工性能进行分析与应用研究。在完成原材料与配合比的设计后,从坍落扩展度、T500参数和“J”形环高差3个方面分析了不同水胶比和不同胶材用量条件下C40自密实混凝土的施工性能。根据分析结果,将最优C40自密实混凝土制备方案应用到具体工程项目中,验证在该方案中,C40混凝土施工拆模后内部均匀、密实以及整体外观质量良好。     

混凝土单轴抗压强度三维细观数值仿真

该文在细观层面上将混凝土看作粗骨料、砂浆、界面、初始缺陷组成的四相复合材料, 给出了三维随机缺陷界面弹簧元模型模拟混凝土单轴抗压强度的数值方法。讨论了初始缺陷含量及其分布的确定方法以及界面细观计算参数的取值范围。数值模拟结果表明:混凝土的抗压强度随着初始缺陷含量的增加有大幅度降低;当界面初始缺陷含量为30%时, 混凝土抗压强度的计算值与试验值吻合较好。     

自密实轻骨料混凝土压-剪复合受力力学性能

为探究自密实轻骨料混凝土压-剪复合受力力学性能,应用液压伺服机和材料压-剪试验机,对自密实轻骨料混凝土进行单轴受压、单轴劈裂抗拉和压-剪复合受力试验研究,通过试验得到不同加载工况下自密实轻骨料混凝土破坏形态和力-变形曲线,引用文献对普通混凝土和轻骨料混凝土压-剪复合受力研究数据,对比分析自密实轻骨料混凝土压-剪复合受力性能。研究结果表明:自密实轻骨料混凝土压-剪复合受力破坏形态与普通混凝土和轻骨料混凝土相类似,随着轴压比的提高,剪切破坏断面摩擦痕迹逐步明显,混凝土碎渣也逐步提高,自密实轻骨料混凝土剪切破坏强度、残余荷载和剪切破坏位移也随之提高;剪切破坏强度提高幅度高于普通混凝土和轻骨料混凝土,残余荷载受轴压比影响提高幅度高于普通混凝土,但略低于轻骨料混凝土。基于主应力空间结合普通混凝土和轻骨料混凝土压-剪试验数据,提出混凝土压-剪复合受力统一破坏准则,同时基于八面体应力空间,提出自密实轻骨料混凝土破坏准则,所提出的破坏准则具有良好的适用性。      

基于颗粒缩放理论的生石灰粉离散元参数标定

为获得生石灰粉离散元仿真的接触参数，结合物理试验与仿真试验对生石灰粉进行参数标定；将形状不规则生石灰颗粒简化为软质球形颗粒，运用颗粒缩放理论将平均粒径放大至2mm,便于利用离散元仿真软件EDEM进行接触参数的虚拟标定；通过Plackett-Burman试验、最陡爬坡试验和Box-Behnken试验获得3个显著性参数，即生石灰-生石灰滚动摩擦系数、生石灰-钢恢复系数、 JKR(Johnson Kendall Roberts)表面能；建立显著性参数与休止角的数学回归模型，再以预测休止角与实际休止角相对误差最小为目标，寻优求解该数学回归模型。结果表明：物理属性测试得到生石灰粉基本物理参数，即堆密度为1.127 g/cm³,平均粒径为0.126 mm,休止角为48.76°;回归模型得到最优参数组合，生石灰-生石灰滚动摩擦系数为0.165、生石灰-钢恢复系数为0.215、 JKR表面能为0.113 J/m²;最优参数组合仿真得到的休止角为48.39°,与实际休止角相对误差为0.76%,仿真试验结果与物理试验结果高度一致。     

冻融作用对自密实轻骨料混凝土声发射特性影响EI北大核心CSCD

为研究冻融后自密实轻骨料混凝土单轴压缩下的声发射(AE)特性,对未掺引气剂的自密实轻骨料混凝土试件进行0次、50次、100次快速冻融试验。结果表明:随着冻融次数增加,试件轴压应力-应变曲线趋于完整,峰值应力有明显降低;声发射峰值频率主要位于15 kHz~45 kHz,85 kHz~105 kHz,235 kHz~255 kHz和285 kHz~320 kHz这4个“优势频段”区间,对应于混凝土内部预存裂纹或孔隙压密,骨料/砂浆界面增强层的开裂,粗骨料断裂破坏以及砂浆的开裂。受冻后的试件在轴压作用经历拉伸裂缝与剪切裂缝之间的交替转化,最终形成主裂缝导致破坏。冻融作用以及应力水平变化对AE信号源分布有较大影响,随着应力水平的增加,AE信号源趋于活跃,且在试样断裂面有聚集趋势。     

再生砖骨料混凝土力学性能及破坏机理研究

以8种设计配合比的再生砖骨料次轻混凝土为研究对象,以水灰比、最大骨料尺寸和粗骨料种类为试验参数,开展了混凝土干密度、立方体抗压强度和劈裂抗拉强度试验研究,重点分析了骨料界面特征与再生砖骨料混凝土的破坏机理.结果表明:使用再生粘土砖骨料制备的次轻混凝土28 d抗压强度可达36 MPa,干密度不大于2200 kg/m3,能够减轻自重8％～16％;随着水灰比和取代率的降低,混凝土抗压和劈裂抗拉强度均呈显著增加的趋势;最大骨料尺寸对混凝土抗压和劈裂抗拉强度的影响较小;拟合所得混凝土干密度与力学性能换算公式的相关性较好;砖骨料-砂浆界面过渡区微观结构较为密实,混凝土界面性能得到增强;界面过渡区性能和砖骨料强度是影响再生砖骨料混凝土力学性能的两个关键因素,且砖骨料强度是其中最主要的因素.综合考虑,使用再生粘土砖骨料制备次轻混凝土具有良好的经济性和广阔的工程应用前景.     

基于BP神经网络和支持向量回归对比预测新拌自密实混凝土的工作性能

新拌自密实混凝土(SCC)的工作性能调控对其现场施工乃至后期硬化性能至关重要。为了进一步提高通过初始配合比预测新拌工作性参数的精确度,采用BP神经网络和支持向量回归(SVR)两种常见的机器学习计算模型来分析配合比输入变量与坍落扩展度、L型仪通过率和V型漏斗流出时间的潜在函数关系。在计算前按照60%,20%和20%的比例依次将数据集划分为训练集、验证集和测试集。采用三个机器学习性能评估指标,即决定系数R²,均方误差MSE和平均绝对百分比误差MAPE来表征和对比它们的预测精度差异。并且通过敏感性分析研究单一变量的变化对结果的影响趋势。结果表明,支持向量回归SVR模型对SCC坍落扩展度,L型仪通过率和V型漏斗流出时间的预测结果相比BPNN神经网络模型更高。以V型漏斗流出时间参数为例,基于SVR的总体数据集合R²,MSE和MAPE值分别为0.921 3,0.860 2和14.519,高于BP神经网络对应的0.916 2,1.128 1和18.007。参数敏感性分析结果表明,水泥掺量越高会导致坍落扩展度的减小和L型仪通过率,V型漏斗流出时间的增加。与此...     

利用坍落扩展试验表征水泥基材料流变参数研究进展

混凝土、砂浆和水泥浆等水泥基材料的流变性能是影响其浇筑、灌注和注浆等成型工艺难易程度的重要因素。合理评价水泥基材料的屈服应力、黏度等流变参数可以指导材料在工程中的合理应用。水泥基材料流变参数常用的表征方式有两种:一是利用流变仪测定剪切应力和剪切速率,表征浆体的流变参数;二是利用坍落扩展试验进行评价。后者与工程中材料的实际流动状态更为吻合,因此近年来被研究者所重视。水泥基材料坍落过程中变形区与未变形区分界处的剪切应力即为其屈服应力,但是对大流动性浆体,由于不存在未变形区,该方法不适用。对于大流动性浆体,可通过最终扩展度表征浆体的屈服应力。而浆体黏度的表征需要采用动态测试,即测定坍落度或扩展度随时间的变化规律才能予以表征。高速摄像方法能够对初期快速流动过程进行精细测定,具有一定的优越性。剪切应力和剪切速率的表征常用的是水平剪切模型,也可采用侧面滑移模型,但两者均不够完善。此外,截锥筒的形状和尺寸、提筒速度、表面张力、材料的颗粒组成等因素会对流变参数的表征产生影响。本文从屈服应力的表征、黏度的表征、剪切应力与剪切速率的表征、影响因素等方面,对利用坍落和坍落扩展试验表征水泥基材料流变参数的研究...     

混凝土碱骨料反应及力学性能细观模拟

混凝土碱骨料反应是降低混凝土耐久性的主要因素之一,充分认识其对混凝土力学性能的劣化机理,有助于防治碱骨料反应对混凝土结构的危害。该文用颗粒元（PFC2D）方法建立了由骨料、砂浆和界面三相共同组成的混凝土细观模型,模拟了碱骨料反应引起的混凝土膨胀变形与微裂缝扩展过程,并对碱骨料反应劣化后的混凝土试件进行劈裂抗拉试验,研究碱骨料反应对混凝土力学性能的影响。数值模拟结果表明,该模型可有效预测混凝土碱骨料反应膨胀趋势,碱骨料反应显著降低了混凝土的劈裂抗拉强度。     

基于粘结单元的三维随机细观混凝土离散断裂模拟

开发MATLAB 和ABAQUS Python脚本程序,建立含随机三维多面体骨料的混凝土细观有限元模型。通过自编高效C++程序插设三维零厚度的粘结界面单元,以模拟复杂三维离散多裂缝的起裂与扩展。对典型混凝土试件单轴拉伸断裂的模拟,分析粘性界面单元的主要材料参数(抗拉强度与断裂能)对应力-位移曲线、断裂过程、裂缝面特征的影响。结果表明:宏观应力-位移曲线主要受砂浆、界面粘性裂缝单元的抗拉强度、断裂能绝对数值的影响;裂缝面的位置与形态决定于砂浆、界面粘结裂缝单元的抗拉强度相对比值以及断裂能相对比值;混凝土的力学响应反映其裂缝发展特征,二者既决定于断裂材料参数,也受到骨料大小、形状等细观结构因素的影响;建立的有限元模型能有效描述混凝土复杂三维断裂过程。     

刚玉骨料超高性能水泥基材料抗侵彻试验和细观数值模拟

混凝土抗钻地武器侵彻能力由基体强度和骨料硬度与粒径共同控制。为了研发具备更高抗侵彻能力的混凝土材料,利用刚玉超高强高硬的特点,将刚玉碎石作为粗骨料,制备出刚玉骨料超高性能水泥基材料(CA-UHPCC)。开展了不同骨料粒径(5~20 mm、35~45 mm、65~75 mm)的CA-UHPCC以及高强混凝土(HSC)靶体的中等口径弹体侵彻试验。通过与前期完成的玄武岩骨料超高性能水泥基(BA-UHPCC)靶体的弹体侵彻试验进行对比,验证了CA-UHPCC较BA-UHPCC和HSC具备更加优异的抗侵彻性能。进一步建立了考虑粗骨料形状随机生成和空间位置随机分布以及粗骨料/砂浆界面层的混凝土三维细观模型,对弹体冲击速度,骨料类型和体积率对混凝土靶体抗侵彻性能的影响进行了细观数值模拟。结果表明,靶体抗侵彻能力随着骨料强(硬)度,粒径和体积率的增大而提高,高强(硬)度和大粒径(大于1.5倍弹径)粗骨料可引起弹体磨蚀和断裂。     

基于多尺度分析的再生混凝土有效氯离子扩散系数预测

将再生混凝土视为由砂浆相、再生骨料相和二者砂浆之间的界面过渡区相(ITZ-2)组成的非均质复合材料，其中砂浆相由细骨料、细骨料-新砂浆界面过渡区(ITZ-1)、硬化水泥浆体三相组成，而再生骨料相由旧骨料、附着砂浆及旧骨料与旧砂浆的界面(ITZ-3)三相组成。基于N层球夹杂理论，考虑微观相的影响，建立了再生混凝土有效氯离子扩散系数预测的五相多尺度模型，通过硬化水泥浆体、砂浆和再生混凝土的稳态扩散系数实测值与模型预测值对比分析，验证其模型的准确性和有效性；最后，进一步讨论了氯离子侵蚀时间、再生骨料体积分数和附着砂浆含量等关键参数对其有效扩散系数的影响。结果表明：有效扩散系数预测值与试验值吻合较好，说明模型对预测再生混凝土的有效氯离子扩散系数具有普适性，为氯盐环境下再生混凝土耐久性评估与寿命预测提供理论依据。     

基于离散元的钢筋混凝土梁极限承载力研究

通过PFC2D建立考虑骨料级配的钢筋混凝土梁离散元细观数值模型,开展钢筋混凝土梁极限承载力的研究。混凝土标准棱柱单轴压缩模拟验证了混凝土单元细观参数的准确性。通过修改平行黏结模型获得了适用于钢筋模拟的平行-强化黏结接触模型,钢筋单轴拉伸模拟验证了钢筋单元细观参数的准确性。建立了无缺口钢筋混凝土梁离散元数值模型,在此基础上生成预制缺口钢筋混凝土梁数值模型,根据缺口位置及倾角分为9种工况,分析了各工况下梁的裂缝扩展规律及极限承载力。结果表明：缺口位置对裂缝的扩展过程影响较大,一般起裂位置均位于缺口顶端;缺口倾角仅对裂缝扩展初期有影响,后期裂缝依然会沿竖向发展;缺口梁极限承载力约为无缺口梁极限承载力的95%～98%。     

塑钢纤维轻骨料混凝土细观破坏过程的数值模拟

为从细观结构上研究塑钢纤维轻骨料混凝土的破坏机理,通过ANSYS有限元分析软件进行二次开发建立了塑钢纤维轻骨料混凝土模型,采用"生死单元"技术描述了各相材料的裂纹开展形态,模拟了塑钢纤维轻骨料混凝土抗压和劈裂抗拉试验。对轻骨料混凝土与塑钢纤维轻骨料混凝土的裂纹演变过程进行了比较,结果表明:在抗压试验中轻骨料混凝土裂纹最先出现在轻骨料中,随着荷载的增大,裂纹扩展到界面和砂浆中,并与相邻轻骨料的裂缝贯通;而对于塑钢纤维轻骨料混凝土,由于塑钢纤维的掺入,改变了轻骨料混凝土裂纹的扩展路径,提高了轻骨料混凝土的延展性,起到抑制裂纹扩展的作用。在劈裂抗拉试验中,对于塑钢纤维轻骨料混凝土,大部分塑钢纤维被拉断,只有一小部分被拔出。这与宏观试验结果基本一致。     

三级配混凝土静、动载下力学细观破坏机制研究

假定三级配混凝土是由砂浆基质、不同粒径的骨料及其粘结带组成的非均质复合材料,采用非线性有限元方法在细观尺度上数值模拟三级配混凝土弯拉梁在静、动载下的开裂过程。按实际配比计算各种骨料的代表粒径的数目,采用蒙特卡罗方法随机生成骨料分布,骨料形状假定为圆形,最小粒径为12.5mm。骨料、砂浆及其粘结带均采用了非线性本构模型,具体模拟了材料的开裂、拉伸软化、塑性屈服和压碎等非线性。研究中还给出了梁关键部位的应力应变全过程曲线,研究成果还与未考虑材料的非均质性的结果进行了比较。结果表明,混凝土类的多项非均质复合材料的静、动力学性能与其内部的细观结构组成有密切关系,混凝土中最薄弱的部位为粘结界面,混凝土的破坏明显表现出拉应变软化现象和局部化现象。数值模拟结果与有关试验成果较为接近。     

型钢再生混凝土组合柱轴压性能试验研究

为了研究型钢再生混凝土(SRRAC)组合柱的轴压性能,设计了23个试件进行轴压试验,考虑了再生粗骨料取代率、箍筋体积配箍率和混凝土强度等级3个变化参数。通过试验观察了试件的破坏形态,获取了试件受力全过程曲线、极限承载力等重要数据,并分析各变化参数对SRRAC柱轴心抗压承载性能的影响,基于试验提出其强度计算公式。研究结果表明:SRRAC柱破坏时型钢受压屈服、再生混凝土压碎,具有良好的承载性能,各变化参数均对其承载性能有显著影响,建议再生粗骨料最优取代率为40%,该文建议强度计算公式计算值与试验结果吻合较好。研究结果可供再生混凝土组合结构的进一步科学研究和工程应用参考。     

钢筋钢纤维自密实混凝土梁裂缝宽度试验研究

通过9根钢筋钢纤维自密实混凝土梁的四点弯曲试验,分析了钢纤维体积率、配筋率对钢筋钢纤维自密实混凝土梁裂缝形态、裂缝宽度以及裂缝间距等参数的影响。结果表明:在自密实混凝土梁中掺加钢纤维可有效限制裂缝的扩展,掺入体积率为0.38%和0.64%的钢纤维,可使自密实混凝土梁在正常使用阶段的最大裂缝宽度减小31%~56%,平均裂缝间距减小15%~28%,纵筋应变减小40%~56%。考虑钢纤维在试验梁开裂截面的分布以及应力传递机理,结合试验数据提出了钢筋钢纤维自密实混凝土梁最大裂缝宽度的计算公式,并与MC 2010、RILEM TC-162 TDF及CECS 38:2004的公式进行了对比。计算结果表明:该文建议公式计算的最大裂缝宽度与试验值吻合较好,可用于钢筋钢纤维自密实混凝土梁最大裂缝宽度的分析与验算。     

自保温再生混凝土空心砌块的热工性能研究

在再生粗骨料取代率为100%的情况下,以再生细骨料取代率和玻化微珠体积掺量为主要变量,进行自保温再生混凝土导热系数的试验研究,再生细骨料取代率为0%、50%、100%,玻化微珠掺量占混凝土总体积比为60%~120%,揭示了自保温再生混凝土多因素的影响规律并得出综合性能优化的配合比。在此基础上,进行了自保温再生混凝土空心砌块墙体的热工性能研究,结合理论计算和数值模拟分析,对自保温再生混凝土空心砌块和普通混凝土空心砌块的保温性能进行了对比分析,结果表明:自保温再生混凝土空心砌块的热阻值比同强度普通混凝土的对应值增大41.9%,在室内外温差23℃的条件下,1h后普通混凝土空心砌块墙体的室内温升较自保温再生混凝土空心砌块墙体高44.9%,当墙体内外各采用一层20mm厚保温砂浆粉刷时,自保温再生混凝土空心砌块墙体可达到节能65%的要求。