文档介绍：河海大学
硕士学位论文
大体积混凝土材料静动力学性能数值模拟
姓名:尚岩
申请学位级别:硕士
专业:固体力学
指导教师:杜成斌
20040401
摘要系,该本构模型具有可以模拟材料的开裂、拉伸软化、塑性屈服和压碎非线性等特点。拟结果与有关的试验结果较为接近。并将研究成果与不考虑材料的非均质性的数值模拟成宏观裂缝贯穿混凝土而导致其失稳破坏的过程。最后,对三维三级配混凝土随机骨料模型的建立,成果的显示方式等进行了研究,提出了“基本单元模型”方法,对三维混凝土简支梁进行有限元网格自动剖分和材料赋值,并对空间的三级配混凝土简支梁的静坏机理的研究,混凝土力学性能的数值模拟提供了新的研究途径。关键词:三级配混凝土;数值模拟;随机骨料模型;非线性有限元;开裂;破坏本文采用完全细观计算力学方法,将大体积混凝土在细观层次上看成是由粗骨料颗粒、硬化水泥砂浆及其二者之间的粘结界面组成的非均质复合材料,采用非线性有限元方法,在对大型商业有限元软件一甅慰7⒌幕∩希远ń鞍拥腳三级配混凝土轴压试件、建设中的小湾拱坝三级配混凝七梁试件在静、动荷载下的力学性能和破坏过程进行了数值模拟。根据三级配混凝土的骨料级配及公式,计算混凝土试件内部各级骨料颗粒的数目。采用蒙特卡罗方法,产生骨料颗粒在试件中的随机位置,建立混凝士随机骨料模型。对混凝土材料随机骨料模型进行有限元网格自动剖分,并实现各种单元材料参数的自动识别与赋值,在细观层次上较真实的模拟了三级配混凝土复杂的、高度非均质性。采用非线性本构模型来表征组成三级配混凝土的各种材质的非线性应力一应变关对二维三级配混凝土静、动荷载下的力学性能及破坏过程进行了数值模拟研究,数值模成果进行比较,结果表明二者之间有较大差异,考虑了材料的非均质性的极限荷载明显小于后者。研究表明混凝土的开裂,首先起源于骨料和砂浆的粘结界面,进而发展至砂浆中。混凝土的破坏,实际上是由于其内部的微裂缝的萌生、扩展、相互汇合,进而形力学性能进行了初步研究,得到了与二维数值模拟结果相类似的破坏形式。对有限元软件进行了二次开发,实现混凝±有限元网格的各种材质单元的材料参数的自动识别及赋值,三维数值模拟结果的较直观显示等。本论文为大体积混凝土破坏过程和破河海大学硕宦垡
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绪论第一章概述混凝土材料是一一种在水利工程、建筑工程中广泛使用的重要工程材料。其静、动荷混凝土是由粗骨料、细骨料、水泥水化物、未水化水泥颗粒、孔隙及裂纹等组成的非均质复合材料。由于其经济性和便于施工等一系列优点,被广泛用作各种工程结构材所得到的试验成果又往往囿于试验条件、环境条件等的变化及材料本身的复杂性,使得以往对混凝土材料力学性能的研究多偏重于从宏观角度进行研究,忽略了混凝土材料内部复杂的细观结构,难以揭示材料变形和破坏的物理机制,特别是天然存在的大量的细、微观缺陷,如骨料界面、孔洞以及随机分布的微裂纹在荷载作用时的扩展对混凝土的力学性能的影响。事实上,混凝土的内部组成及构造相当于事物的“内因”,其宏观力学性能受其细观结构的控制,宏观的破坏行为是由于细观尺度上的损伤和断裂行为的累积和发展的结果。因此,对混凝土力学性能的研究除了从宏观的角度进行研究外,更关键的还应从混凝土的细观结构入手,利用数值模拟的研究方法,抓住混凝土材料及其力学性质的非均匀性,结合理论和试验成果,建立数值模型,对混凝土材料的力学性载下的力学性能,是正确评估混凝土结构工作性态和安全度的前提。以往对于混凝±性能的研究多偏重于宏观唯象的角度。本文将混凝士在细观层次上看成是由粗骨料颗粒和硬化水泥砂浆以及二者之间的粘结界面组成的非均质复合材料,着重从细观层次研究混凝土的宏观力学性能。料。至今为止,国内外众多学者已对其力学性能进行了大量的分析研究。近代混凝土试验表明混凝土的宏观力学性能和内部的裂缝发展有关。而目前混凝土类材料力学性能的研究,大都是建立在试验的研究基础上,需要花费大量的人力、物力,试验成果相对离散,难以反映实际混凝土的真实力学性能指标。能和破坏过程进行研究,才能更好地分析混凝土破坏过程的实质。对于大体积混凝土,这罩主要针对大坝混凝土,主要是三级配或全级配混凝士,由
细观力学研究定义和范畴根据研究对象的特征和特征尺寸,固体力学的研究大致可分为微观力学、细观力学错场的分布状态、生成方式及演化机制。细观力学主要研究材料的微孔洞、微裂纹、夹岩石、混凝土、结构陶瓷、结构高分子、各种形式的复合材料及微电子元件材料,进入细观力学发展的第一阶段,即用力学的方法来分析解释各种材料的力学行为。从年细观力学是近年来才流行起来的术语口O腹哿ρФㄒ逦S昧橹柿ρХ椒ɡ捶析的具有细观结构床牧显诠庋Щ虺9娴缱酉晕⒕迪驴杉降南附峁够蛭⒔峁的材个