基于预插黏性界面单元的混凝土细观拉伸断裂过程数值模拟

为确定预插黏性界面单元法模拟混凝土细观拉伸断裂的有效性和适用性, 基于黏性裂缝模型理论, 在实体单元中嵌入黏性界面单元 (cohesive interface elements) , 对东江拱坝二级配混凝土试件单轴受拉的断裂过程进行数值模拟.按照试件的实际配比计算出各种粒径骨料的数目, 采用Monte-Carlo法对混凝土骨料进行随机投放, 生成试件的随机骨料模型, 研究黏性界面单元的网格密度、骨料随机分布形式及界面单元的断裂参数对混凝土宏观力学性能及断裂模式的影响.结果表明:采用黏性界面单元可有效地模拟混凝土材料细观断裂破坏过程和宏观力学性能.     

基于LS-DYNA的混凝土三维随机凹凸型骨料数值建模

提出了三维随机凹凸型碎石骨料生成方法,利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件进行数值骨料投放模拟,得到了混凝土三维随机凹凸型碎石骨料几何模型。采用"基本单元模型"在投放区域生成立方体网格单元,结合新的空间点与随机多面体空间相对位置判定方法,判定出各单元材料属性,最后生成混凝土三维随机凹凸型碎石骨料有限元模型。以上混凝土细观有限元模型生成方法较好地控制了骨料粒径、数量和级配,生成的数值模型中骨料体积率在55%左右,处于真实混凝土骨料体积率的范围中。生成的数值骨料与真实碎石骨料形状接近。提出的细观混凝土有限元模型为对混凝土力学性能进行细观数值研究奠定了基础。     

混凝土材料的细观结构数值模拟与性能分析

在细观上将混凝土看作是由粗骨料、水泥砂浆和界面三相介质组成的复合材料,根据体视学原理并应用蒙特卡洛方法模拟出混凝土的二维圆形骨料分布;应用理论公式计算出界面厚度,并将界面看作是包围在骨料外面的一层圆环,在细观上模拟生成混凝土的三相组成;基于骨料随机模型,应用有限单元法提出了混凝土稳态氯离子扩散系数的计算方法并与试验结果进行了对比。结果表明,该模型用于计算混凝土稳定氯离子扩散系数是有效的。     

混凝土拉压强度尺寸效应的细观非均质机理

为了从材料细观非均质角度揭示混凝土强度尺寸效应机理,建立了混凝土细观单元等效非均质力学模型,开展了立方体抗拉、抗压强度尺寸效应细观数值模拟研究。研究结果表明：混凝土强度尺寸效应根源于材料细观非均质性,随着模型尺寸的增加,混凝土材料细观单元弹性模量变异系数增大,材料细观非均质性增强,大尺寸模型内部存在更多的低强度单元或缺陷,导致混凝土立方体抗拉、抗压强度降低,极限应变减小,脆性增大;混凝土损伤破坏由少量集中区域,发散扩展形成多条非贯通的裂纹带;数值模拟结果与尺寸效应实验数据相吻合。     

基于改进RSA法的混凝土单轴拉伸细观力学数值模拟

为了研究混凝土骨料的细观破坏情况,基于随机顺序吸附（Random sequential adsorption,RSA）法来构筑任意形状骨料,该方法不仅生成骨料形状随机,而且骨料含量高、计算速度快,尤其可以避免骨料重叠性判断运算中的重复性计算。在混凝土基体与颗粒之间、混凝土基体单元之间批量插入黏性单元,对3个不同二级配混凝土模型的单轴拉伸过程进行数值模拟,并绘制其应力-应变曲线,揭示了混凝土破坏的细观力学机理,为深入开展混凝土材料的研究提供了参考。     

不同功能梯度材料组分板件的跨尺度动力特性分析

从制备时给定材料组分分布出发计算功能梯度板件宏观三维动力特性.利用细观元法对具有复杂细观构造的构件进行宏观单元剖分,每个宏观单元内部含有复杂的微结构构造.根据宏观元内细观构造及各组成材料分布情况,进一步将宏观元细分为密集的细观元,通过协调条件使细观元结点上力学量转换为宏观单元上结点自由度变量,建立三维动力分析数学模型.该方法可实现材料细观结构到构件宏观响应的直接过渡分析,而计算单元与自由度又等同一般常规有限元,却使得组成功能梯度板件的各种材料组分分布得到反映.利用细观元法对由不同材料组分分布及不同材料复合而成的功能梯度板件进行三维动力分析,分别给出了其三维固有频率及振型的三维分布.结果表明:不同材料组分复合对功能梯度材料结构三维宏观动力响应有较大影响.     

基于预插粘性界面单元的全级配混凝土梁弯拉破坏模拟

为确定预插粘性界面单元法模拟全级配混凝土梁在弯拉荷载作用下断裂破坏过程的有效性和适用性,基于粘结裂缝模型的基本原理,在混凝土梁的中心区域采用Monte—Carlo法生成随机骨料模型,通过自编程序实现了砂浆单元间和界面处粘性界面单元的预插,对全级配细观混凝土梁的弯拉断裂破坏过程进行数值模拟,模拟结果与相关文献结果吻合良好。研究结果表明：预插粘性界面单元法能够有效地模拟细观混凝土材料的弯拉断裂破坏过程和宏观力学特性。     

基于细观尺度再生混凝土力学性能研究进展

再生混凝土能合理利用建筑垃圾,节约资源。国内外学者从细观尺度对再生混凝土损伤、破坏等力学性能进行了大量研究,论文对其研究方法及进展进行总结。介绍了再生混凝土的细观组成,对不同细观数值研究方法的模拟效果进行了评价分析,总结与试验结果吻合度较高的本构关系模型,为进一步从细观层次对RAC的性能进行分析提供了参考;通过对比试验方法的结果从细观层次揭示了再生混凝土的损伤破坏机理;从材料层次对破坏机理进行分析,并对再生混凝土研究方向进行展望,以期加快再生混凝土的研究推广及应用。     

基于细观层次的混凝土抗压强度与尺寸效应的数值模拟

为了实现混凝土试件抗压强度与尺寸效应的仿真计算分析,在细观尺度下,把混凝土看作是由砂浆、粘结带和骨料组成的三相复合材料,细观尺度下的各相物理力学参数都以试验数据为依据,用随机骨料模型代表混凝土细观结构,利用有限元法和混凝土细观力学的本构关系,借助于计算机强大的运算能力,对混凝土复杂的力学行为进行数值模拟.通过计算发现:...     

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。     

纤维混凝土中纤维随机分布细观机理的研究

从纤维增强混凝土材料中纤维分布的实际情况出发，依据随机数学和体视学原理，建立了纤维分布随机过程的数学模型，研究了纤维动态转移过程，编制钢纤维分布细观几何参数的动态实测计算机系统，研究了纤维分布的细观几何参数和细观机理，模拟纤维三维分布，研究结果表明，纤维的分布确实是随机的且本文所建立的模型能较好地反映纤维的分布。     

火灾下组合构件内温度场分析的二维热阻单元

目的 开发模拟钢与混凝土之间界面热传导的二维热阻单元,研究界面热阻对火灾下组合构件内温度分布的影响.方法 把通过界面的热流当作混凝土单元和钢单元的对流边界条件,分别推导出热流边界对有限元方程的贡献,然后把这些贡献组合到一起,形成热阻单元的导热单刚.结果 推导出了二维热阻单元导热单刚的通用积分表达式,并给出了六节点和四节点两种特殊矩形热阻单元导热单刚的显式表达式,这些单元已经装配到作者开发的温度场分析软件TFIELD中.结论 数值算例表明,笔者开发的热阻单元能够模拟界面热阻对组合构件内温度分布的影响.     

混凝土多边形骨料分布的数值模拟方法

在细观层次上将混凝士看成是由骨料和砂浆基体组成的两相复合材料,讨论了混凝土力学性能的计算机模拟方法.按照骨料级配曲线和面积百分比,生成各种尺寸的骨料颗粒.应用蒙特卡洛方法将所生成的骨料分布到混凝土截面上.模拟结果表明,所生成的骨料分布图案与实际骨料分布十分相像.     

开裂混凝土中氯离子扩散行为的细观数值模拟

为了研究氯离子在开裂混凝土中的扩散性能,考虑混凝土细观结构的非均质性,将含有裂纹的混凝土试件视为由砂浆基质、骨料、界面过渡区以及裂纹组成的四相复合材料,建立了带有单条裂纹的二维细观有限元模型.数值模型中,骨料不具有渗透能力,砂浆基质和界面中的氯离子扩散性能由水灰比确定,裂纹相中氯离子扩散系数与裂纹宽度的定量关系由文献中已有试验数据的拟合获得.研究了骨料分布形式对氯离子扩散行为的影响,分析并探讨了不同裂纹宽度下混凝土中的氯离子扩散行为.数值结果与试验数据的良好吻合说明了该方法的准确性.研究结果表明:骨料的随机分布形式基本不影响混凝土中氯离子的扩散行为;裂纹宽度小于50μm时,混凝土中氯离子的扩散行为基本不受裂纹的影响;裂纹宽度介于50-170μm时,氯离子的扩散随裂纹宽度增大而明显加剧;裂纹宽度大于170μm时,氯离子在裂纹附近的扩散趋于二维扩散形态.     

基于多场耦合模型的混凝土冻融三维细观研究

基于蒙特-卡洛理论和工程粗骨料粒径分布情况,将骨料形状简化为球形,应用Matlab与Comsol Multiphysics接口进行二次开发,以生成区分骨料、界面过渡区（ITZ）和砂浆的混凝土三相三维细观模型. 采用改进的热-水-力耦合模型,将耦合模型与物理试验进行验证分析,结果吻合较好. 将该耦合模型应用于研究冻融作用下混凝土三维细观尺度的性能演化规律. 研究结果表明,当渗透率较高时,试件整体第一主应力急剧减小,且出现骨料受压而砂浆受拉的情况;当骨料体积分数增大时,试件应力整体呈现下降趋势. 砂浆渗透率和骨料体积分数对混凝土抗冻融性能的影响较大. 不同的ITZ线膨胀系数下混凝土应力变化不大,说明ITZ线膨胀系数对混凝土抗冻融性能的影响相对较小.     

如何编制结合梁桥计算分析软件--几个关键问题的解决办法

结合梁的计算分析仍建立在平截面假定的基础上，表征结构受力状态的量值已具体到结合部位的混凝土板和钢主梁,对于一些关键问题，如组合截面的内力分解、结合部位混凝土板收缩和徐变的计算、温度荷载的计算等提出解决的方法并且推导出适合利用有限元进行计算的公式．按照本文思路编制成的计算软件，已在芜湖长江大桥、福州青洲闽江大桥和泰国八世皇大桥的分析中应用，经考核验证结果正确可信．     

集中荷载作用下钢-轻骨料混凝土简支组合梁变形试验研究

分析了2根集中荷载作用下钢-轻骨料混凝土简支组合梁的滑移规律和变形的试验结果．对相同条件下普通混凝土组合梁和轻骨料混凝土组合梁的延性进行了对比．实验分析表明,轻骨料混凝土组合梁的延性指标高于普通混凝土组合梁．     

混凝土材料宏观力学特性分析的细观单元等效化模型

为了研究混凝土双轴强度尺寸效应产生的机理,考虑混凝土尺寸效应及其宏观力学非线性源于其材料组成的非均质性,结合混凝土细观结构形式,从细观角度将混凝土看作由骨料颗粒、砂浆基质和界面过渡区组成的三相复合材料,建立了尺寸分别为150 mm×150 mm、300 mm×300 mm和600 mm×600 mm的数值混凝土试件.首先通过对150 mm×150 mm方形混凝土试件进行单轴压缩力学特性模拟,采用反演法确定了界面过渡区的力学参数,进而对双轴压缩加载下混凝土的破坏行为及其尺寸效应进行了分析.研究结果表明：1）损伤破坏形式随试件尺寸发生变化,试件最终破坏消耗的断裂能不同是导致混凝土双轴压缩强度产生尺寸效应的主要原因;2）混凝土单、双轴压缩强度均存在明显的尺寸效应行为,并且Bažant尺寸效应律能够较好地描述混凝土在单、双轴压缩加载下的强度尺寸效应.