文档介绍：要摘特性的力学模型都是基于混凝土材料的宏观层次研究其力学特性,其主要特点是把材料理想化为均质材料进行研究,把实验室尺度下力学试验的结果作为材料的力学参数,以此为基础进行更大尺度宏观结构的力学响应分析。实验室的实验结果,往往也代表一定尺寸非均匀性结构材料的平均力学响应。这种简化对于研究混凝土工程结构及进行稳定性的数值分析是非常必要的,但是却难于研究混凝土材料在外荷载作用下裂纹萌生、扩展及贯通而导致的由细观层次到宏观层次的损伤和断裂过程。目前,国际上对于混凝土材料力学性能的研究已经开始从经典的宏观尺度转向更细微的细观尺度,建立了一些用于混凝土断裂过程模拟的数值模型。但是,这些模型还不是很完善。而在国内,这个方面的研究较少。本文从混凝土材料的细观结构入手,,对混凝土的破坏过程进行了数值模拟。为了反映材料的非均匀性,本文假设混凝土是由砂浆基质、粗骨料及粘结界面组成的三相复合材料。用两种颗粒单元稚⒖粒单元和基体颗粒单元腿至旱ピ分散梁单元、基体梁单元及界面梁单元来模拟混凝土的力学性质。在数值模拟时,通过对不同单元赋以满足植的力学参数即可在数值上对混凝土这一典型非均质材料进行表征。,并利用该模型进行了混凝土在单轴压缩和拉伸载荷作用下,混凝土从微裂纹的萌生、扩展、贯通直到宏观裂纹产生导致破坏的全过程的数值模拟,探讨了混凝土材料细观结构对其宏观力学行为的影响;利用该数值模型,模拟了钢弹以一定的初始速率垂直侵彻混凝土圆板的动态过程,对计算结果进行了动画显示,并分析了不同钢弹初始速率对混凝土圆板破坏形式的影响。从而验证了该模型模拟混凝土破坏过程的可靠性和有效性,为进一步研究应用该数值模型奠定了基础。总结了近年来国内国际上研究相对成熟和完善的几种混凝土细观数值模型并混凝土是一种复杂的多相非均质材料。对混凝土材料的力学性质及破坏过程的研究对于结构工程、地下工程以及采矿工程等都有重要的意义。有关混凝土力学进行了比较,以期望能对混凝土数值模拟研究的同行们有所帮助。
关键词:混凝土,,断裂过程,细观,数值模拟,单轴压缩单轴拉伸,侵彻
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第一章绪论弟一早珀混凝士损伤与断裂的研究现状问题的提出混凝土的损伤与断裂过程混凝土材料的性能取决于原材料的品质、组分、浇灌工艺和适用条件。混凝土的力下匕混凝土作为重要的建筑材料已有百余年的历史,当前广泛应用于各个领域。在结构工程等混凝土更为广泛的研究领域,人们已经对混凝士的力学特性进行了深入的研究。有多相、非均匀性质的材料理想化为均质、连续体进行建模,将混凝土受力后变形和断力学模型简化尽管在一定程度上满足了工程实践的需要,但却难以用这种方法研究混凝土损伤和断裂过程中的裂纹扩展以及损伤和断裂机制等问题。目前,国际上已经注意到从混凝土细观尺度出发研究混凝土材料宏观损伤与断裂过程的许多优点,尤其是随着计算机技术和数值分析技术的发展,为从细观层次研究宏观层次的力学问题开辟了广阔的前景。从混凝土材料的细观结构入手,进行混凝士破坏过程的数值模拟研究可以使人们更清楚地认识混凝土破坏过程的发生机制,为改善混凝土的力学性能和研制高性能混凝土材料提供力学依据。此外,数值模拟方法有利于解释试验中发生的一些断裂现象,为改善试验设计提供力学基础,在证明数值模拟方法可靠和有效的前提下,可阻取代部分试验,节省大量的人力和财力,因此这方面的研究将有很学性能是混凝土结构设计的重要依据。如何配置满足结构要求的混凝土,充分利用混凝土的力学性能,设计和建造出经济、技术安全和结构合理的建筑物或工程结构,对于结上要依靠试验技术和测试手段。随着试验技术的发展,混凝土各种力学性能被揭示出来。人们通过试验逐渐认识清楚了混凝土的压缩、拉伸和弯曲等力学性能,并在结构设计中以往有关混凝土力学特性大多是基于对混凝土材料宏观层次的认识,其主要特点是把具裂过程的非线性归结为弹塑性,用宏观的弹塑性理论来表述,这种基于经典力学理论的构工程师来说是必不可少的知识。过去,人们对于混凝土力学性能的探索,在很大程度大的意义。.
是一种脆性材料。尽管如此,混凝土并不象典型的脆性材料——玻璃那么脆,其中的裂从古典的材料力学强度理论开始,到今天仍处于发展阶段的断裂损伤等破坏理论,是固体力学中的一个十分重要的学科分支。破坏的含义十分复杂,一般是指在研究对象这一量级内的材料或体系丧失承载能力的含义。从广义上讲,材料和结构的破坏失效形式有多种,其中重要的可以列举为两类:塑性流动和断裂,断裂是由于新裂纹萌生或已存在裂纹的扩展而引起的一个破坏过程不带有塑性变形的破坏叫做脆性破坏,而把带有相当数量的塑性变形的破坏叫做延性破至有宏观的缺陷如裂纹、夹