混凝土结构裂缝扩展全过程的新GR阻力曲线断裂判据

混凝土结构的受力特性与裂缝的发展密切相关。在对国际断裂力学领域里所提出的三种裂缝扩展阻力曲线理论加以总结的基础上,以能量为表征,基于裂缝黏聚力提出了描述混凝土结构裂缝扩展全过程的新GR阻力模型。在该模型中,裂缝扩展阻力分为三部分:一部分是基体水泥凝胶材料裂缝发展需克服的表面能,一部分是克服细骨料桥联作用的能量消耗,另一部分是粗骨料桥联闭合作用消耗的能量。文中对粗细骨料所消耗的能量进行了详细推导,得出了不同区段裂缝扩展阻力的解析计算公式。根据实测试验结果,得到了混凝土新GR阻力曲线。结果表明GR曲线是材料的基本参数,与试件尺寸无关,并建立了适用于混凝土结构裂缝扩展全过程的断裂判据。     

基于不同意义断裂韧度的混凝土有效裂缝扩展量计算模型

针对混凝土有效裂缝扩展量存在尺寸效应的问题,结合名义断裂韧度和失稳断裂韧度尺寸效应公式对混凝土有效裂缝扩展量计算模型做了研究,得到了反映尺寸效应规律的有效裂缝扩展量的计算模型。通过对已有常态混凝土和课题组所做的碾压混凝土试验资料的分析,得到了两个模型对于混凝土的有效裂缝扩展量计算值。与试验结果进行对比分析,结果表明对于常态混凝土,含名义断裂韧度的模型适用于单直线软化模型,含失稳断裂韧度的模型较较适用于抛物线模型;而对于碾压混凝土,尺寸增大时接近单直线模型,且用名义断裂韧度模型计算更为接近。     

基于ABAQUS扩展有限元法模拟高混凝土重力坝开裂

以龙潭高混凝土大坝为例，采用基于扩展有限元法的ABAQUS程序，对裂缝扩展研究常用的静力和动力条件下的龙潭大坝进行分析，提出了混凝土重力坝裂缝扩展的数值预测方法，分析了龙潭大坝易产生裂缝的位置。结果表明，在地震活动中龙潭大坝相当不安全，研究结果对大坝系统的设计和运行具有指导意义。     

扩展有限元法在重力坝断裂分析中的应用研究

扩展有限元法是近年来发展起来的分析不连续问题(特别是断裂问题)的一种有效方法。介绍了扩展有限元法的基本原理,给出了采用扩展有限元法进行裂纹扩展分析的方法,最后采用扩展有限元法模拟了混凝土重力坝坝踵裂缝扩展过程,分析了其变形、应力场分布规律。算例表明扩展有限元法在进行断裂分析时克服了常规有限元法的缺点,避免了常规有限元法在分析断裂问题时繁琐的前处理过程,不需要裂纹面与有限元网格一致,不需要在裂缝周围布置高密度网格,模拟裂纹扩展过程时不需要不断地重新划分网格,展示了扩展有限元法在大坝开裂分析中的独特优势。     

静水压力环境下混凝土裂缝扩展长度试验研究

混凝土裂缝扩展一直是工程界研究的热门课题,而水压下混凝土裂缝扩展的研究对于混凝土坝的安全运行有着极为重要的作用。基于此背景,开展了大型混凝土试件在水压装置作用下的裂缝扩张长度的研究,通过全桥应变连接的试验方法和双K断裂理论,分别得到了裂缝扩展长度,并根据对应长度计算了失稳断裂韧度和黏聚断裂韧度。结果表明裂缝扩展长度在两种方法下的误差较小。断裂韧度的最大误差相对较大,但平均误差仍在工程允许范围内。     

混凝土结构裂缝扩展和裂缝宽度的数值预测

对混凝土结构裂缝扩展和裂缝宽度进行数值预测。裂缝早期,以分布式小裂缝为主。通过具有旋转裂缝方向的弥散裂缝模型对其进行描述。随后的较大裂缝通过在各自有限元的位移区嵌入一个隔断进行描述。具有这种隔断的裂缝模型可以对初始裂缝方向的错误预报进行修正。对裂缝法向扩张,以及表面裂缝横向剪力传递形成的切向位移进行解释。通过一系列试验,对法向和剪切荷载作用下的混凝土试件进行模型验证,并将其应用于工程实践解决相关的实际问题。第一个问题涉及嵌入混凝土中钢锚杆的承载性能,第二个问题涉及经过不同类型混凝土外覆加固的预损伤板的结构性能。     

钢纤维混凝土中裂缝扩展研究

研究钢纤维混凝土中裂缝扩展规律,对钢纤维混凝土应用有重要意义。文章介绍了钢纤维混凝土开裂的过程与特点、阻裂机理、断裂模型,并概述了裂缝扩展表征与测试方法以及钢纤维对裂缝扩展的影响,为钢纤维混凝土应用提供参考。     

水力压裂裂缝穿层及扭转扩展的三维模拟分析

 应用并行有限元程序对水力压裂过程进行真三维数值模拟,实现对压裂裂缝起裂、扩展及扩展中的穿层、扭转行为的全过程分析;数值计算中无需假定压裂裂缝的起裂位置和扩展路径,即可根据实际岩体水力学模型的力学、水力学等边界条件,自动标定出压裂裂缝的三维扩展模式,并显示出该并行有限元程序对复杂地质力学条件下水力压裂过程三维模拟分析的适用性。通过对压裂裂缝扩展过程中孔隙压力分布、裂缝几何形状和尺寸的演化进行了解读,显示出压裂裂缝的扩展模式与地层分布密切相关。当生产层很薄或生产层与上下阻挡层岩性差别较大时,裂缝穿层现象突出,可能会出现压裂实际缝长远远小于设计缝长的现象;近场地应力差异、地层分布特征及岩体细观非均匀性都有可能诱发压裂裂缝扭转扩张。分析结果对水力压裂施工设计具有一定的参考价值。     

不同扩展准则下混凝土断裂全过程分析

分别采用基于双K断裂模型和虚拟裂缝模型的裂缝扩展准则,计算了混凝土三点弯曲梁试件的荷载-裂缝口张开位移曲线(P-CMOD曲线),并与试验结果进行了对比,结果表明:基于两种模型的裂缝扩展准则的计算结果与试验结果差别不大,但采用基于双K断裂模型的裂缝扩展准则计算的结果与试验结果更为接近.     

一种考虑裂缝扩展路径的混凝土细观数值模拟方法

文章提出一种能够考虑混凝土裂缝扩展过程中绕过骨料或穿过骨料发展的细观数值模拟方法。首先,回顾了用于类混凝土材料I-型断裂分析的自洽有限应力模型的基本原理;进而,采用有限元分析方法,从局部能量等效和宏观力学等效两个维度验证了基于自洽有限应力原理建模和常规建模之间的等效性;最终,发展了基于自洽有限应力原理和细观裂缝扩展路径准则的数值模拟方法,在细观尺度上实现模拟混凝土裂缝绕过骨料发展和穿过骨料发展等细观断裂破坏行为。文章研究成果可为后续发展基于细观尺度断裂破坏准则的高效数值分析方法奠定基础。     

沥青混合料低温裂纹扩展演化行为分析

以悬浮密实、骨架密实和骨架空隙这3种典型骨架结构沥青混合料为试验对象,通过间接拉伸试验(IDT),从宏观角度分析了骨架结构对沥青混合料低温裂纹扩展演化行为的影响;采用颗粒随机生长算法建立了沥青混合料离散元模型,结合数值分析,从裂纹类型、数量、裂纹能量释放率及裂尖应力场等细观尺度,对3种典型骨架结构沥青混合料低温裂纹扩展...     

含双孔洞砂岩裂纹演化规律研究

基于室内砂岩单轴试验,采用颗粒流软件模拟后获得了一组反应砂岩力学特性的细观参数。采用该组参数开展了不同倾角双孔洞砂岩单三轴试验,分析了不同孔洞倾角对峰值强度、裂纹扩展的影响。结果表明单轴试验中试样破坏模式分三种:裂纹沿压应力集中区向试样边缘倾斜扩展破坏;压应力集中区裂纹与远场裂纹贯通破坏;压应力集中区裂纹朝最大主应力方向扩展破坏。孔心距一定时,45°试样峰值应力最小(除2b=17 mm),在90°时峰值应力最大。在角度相同时,孔心距大的峰值应力普遍较大(除2b=27 mm)。三轴试验表明,峰值偏应力随围压升高先增加后降低,在围压为定值时,峰值偏应力大小顺序为90°60°45°30°,0°试样规律与其他不同。试样峰值偏应力大小与裂纹扩展路径及围压有关。     

FRP加固混凝土构件中裂纹扩展规律的数值模拟

用数值模拟程序MFPA对纤维增强塑料(FRP)加固混凝土构件在外载荷作用下的变形与内部裂纹萌生、扩展过程进行了数值模拟,分析了裂纹扩展的基本规律,着重探讨了不同FRP参数以及FRP与混凝土之间的粘结层参数对整个构件承载能力和最终裂纹扩展模式的影响.     

Fatigue Crack Initiation and Propagation in Piles of Integral Abutment Bridges

Abstract: A new continuum damage modeling approach of “successive initiation” is used to determine the location of a thermomechanical fatigue crack initiation and the propagation path and rate in piles of integral abutment bridges. A global‐local modeling approach is introduced to determine the critical location in the pile where a crack is initiated using a 3‐dimensional nonlinear finite element model and to implement “successive initiation.” A simulated case study is used to showcase the multistep procedure. The results indicate that for a pile subjected to the maximum stress, the first fatigue‐induced crack initiates in the tip of the flange at the element immediately below the abutment. Several other cracks at different locations form in the flange of the pile while the initial crack continues to propagate in the flange to the web. The crack propagation rate increases as more cracks initiate in the flange. The propagation rate decreases when the crack reaches the web. Based on the case study presented, a crack could initiate in the pile in as little as 6 years, but it may take about 20 years for it to reach the web; however, final failure of the pile may not take place for several decades. The method can also be used as a guide in bridge foundation inspection and in the determination of the remaining life of an existing bridge.     

基于广义扩展有限元法的裂纹追踪分析

广义扩展有限元法(GXFEM)是结合广义有限元法(GFEM)与扩展有限元法(XFEM)形成的一种新型数值分析方法。由于广义扩展有限元法同时继承了广义有限元法和扩展有限元法的优点,与其他数值方法相比具有独特的优势。本文阐述了广义扩展有限元法的基本原理和数值实现方法,编制了相关计算程序,实现其裂纹扩展的追踪分析。     

基于连续介质法研究焊接钢节点疲劳裂纹的产生和发展

采用基于连续介质的离散裂纹增长方法对焊接钢节点进行疲劳寿命分析。该方法将材料硬度和粒度的统计信息应用于累积损伤模型。通过疲劳强度试验验证了该方法的准确性,采用该方法预测的裂纹增长速率和疲劳寿命与试验结果一致。     

断裂力学在爆破中远区裂纹扩展范围中计算

基于岩石爆破理论,从理论上探讨了隧道开挖爆破的机理、爆破地震波的传播规律及效应。在断裂力学与损伤力学理论框架下,根据隧道围岩的裂纹萌生和扩展条件,计算了第一、二类复合裂缝的扩展范围,得到了爆炸荷载作用下两种裂纹的扩展半径。     

单轴压缩岩石不同边界裂纹扩展数值模拟研究

对于单轴压缩的岩石试件,其破坏形式主要是微裂纹的摩擦滑移、自相似平面扩展和弯折扩展.基于断裂力学机制,运用FLAC的显式有限差分数值模拟技术,对单轴压缩荷载下三种不同边界形状,即直边、凸形、凹形情况下含近边界预置斜裂纹的岩石模型进行了数值模拟研究.研究结果表明,基于Interface界面单元建立的裂纹扩展模式以Z型翼裂纹扩展为主,可以较好地模拟裂纹扩展过程.预置裂纹倾角和边界形状对近边界裂纹起裂应力及裂纹扩展过程都有一定的影响.凹边界情况下裂纹扩展较为稳定,无非稳定扩展情况的出现,而直边界和凸边界情况裂纹扩展均由稳定扩展到非稳定扩展逐步进行.