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。

细观非均质性对镍基单晶双相合金塑性行为的影响

建立了考虑背应力演化和损伤演化的晶体塑性模型,利用所建立的晶体塑性模型研究了应变速率对镍基单晶合金基体相、强化相的影响。结果表明,镍基单晶基体相和强化相均表现出明显的率相关性。单晶双相合金的细观非均质性导致非均匀的微观应力和微观塑性滑移。塑性滑移变形首先发源于基体相。微观应力和塑性滑移的非均匀性可能是材料微观损伤积累和孔洞形核的根源。

岩石破坏演化细观非均质物理元胞自动机模拟研究

在传统元胞自动机基本理论的基础上,根据岩石结构细观非均质的特性和前人研究的基础,引进双参数Weibull分布,建立了一个改进的细观非均质物理元胞自动机模型,并利用该模型对不同均质度岩石材料的破坏演化进行动态模拟,模拟结果与试验结果吻合较好。

细观非均质岩石蠕变特征的物理元胞自动机模拟

岩石是经历多次地质运动形成的极为复杂的材料,而蠕变是其典型的力学特征之一,因此,探索模拟岩石蠕变新方法是岩石力学所面临的重要课题。基于八邻居 Moore 元胞,根据岩石蠕变特征,采用广义能量构造元胞蠕变及破坏演化算法,建立相应岩石蠕变的物理元胞自动机模型,编制相应软件,实现了对细观非均质岩石从稳定蠕变、临界蠕变到加速蠕变特征进行了有效模拟,为进一步研究岩石的蠕变行为提供了一个新的有效途径。

非均质性对水稳碎石材料细观开裂行为影响的数值研究

为了研究水泥砂浆非均质性对水泥稳定碎石(CSM)材料细观开裂行为的影响,该文基于有限元法(FEM)构建圆形骨料细观断裂模型,通过嵌入双线性内聚力模型的零厚度内聚力单元模拟材料细观开裂行为,引入Weibull分布的材料随机场表征砂浆基体和界面过渡区(ITZ)的非均质特性。基于虚拟半圆弯曲(SCB)试验模拟细观开裂过程,分析材料均质度对CSM细观开裂行为的影响。结果表明:所建立的非均质细观断裂模型能够实现对细观断裂的精确模拟,CSM材料宏观裂纹的产生经历了微裂纹萌生和快速贯通的过程,界面和孔隙缺陷是微裂纹扩展的薄弱区。CSM材料的抗裂性能随着随机场不均匀性的增大而降低,建议在实际施工过程中采取有效措施提高水泥砂浆的拌和均匀性来改善CSM材料的抗裂性能。

模拟细观非均质材料破坏演化的物理元胞自动机理论

根据非均质材料的细观特征 ,从基本的能量传递定律出发 ,建立了一种新的描述细观非均质材料破坏演化的物理元胞自动机 (PCA)理论 .该理论能够对岩石、混凝土等非均质材料破坏演化进行有效模拟 ,突破了传统元胞自动机仅限于数学规则运算的框架 ,使之成为一种有效的物理力学方法 .与岩石力学实验结果对比分析表明 。

模型尺寸和骨料级配对混凝土细观非均质影响

针对现有细观力学模型无法反映模型尺寸和骨料级配对混凝土材料细观非均质影响的局限性,假定混凝土由骨料颗粒、砂浆基质及界面过渡区组成,基于Voigt并联模型对细观单元材料力学性能进行等效,建立反映混凝土细观非均质的等效模型.以Weibull分布为假设分布,探讨四种骨料级配边长150-750mm细观等效模型的网格单元尺寸,以单元弹性模量的非均质分布表征材料的细观非均质性,探讨混凝土材料细观非均质性与模型尺寸和骨料级配的相关关系,研究材料细观非均质对混凝土强度及破坏模式的影响机理.研究结果表明:相同骨料级配下,随着模型尺寸的增加,网格单元尺寸增大,混凝土材料非均质性减弱;相同模型尺寸下,随着骨料级配的增大,网格单元尺寸略有增加,混凝土材料的细观非均质性增强;材料细观非均质性增强时,混凝土强度略有降低,损伤破坏区域分布广泛.

基于非均质模型的水稳碎石材料细观开裂行为

本文采用离散元法(DEM)研究非均质水稳碎石(CSM)材料的细观开裂行为,基于Weibull材料随机场,建立了不同均质度水平的CSM细观断裂模型,通过虚拟半圆弯曲(SCB)试验模拟细观开裂过程,分析砂浆基体均质度的影响。结果表明:CSM裂纹沿着砂浆薄弱点和界面共同扩展,砂浆基体的断裂占主导地位。峰值强度和破坏形变随均质度的提高而增大,砂浆中少量的性能薄弱点有益于改善结构形变特性而提升其整体强度,适当均质度水平有助于CSM材料抗裂性能的发挥。

基于颗粒流理论的煤岩冲击倾向性细观模拟试验研究

为了研究煤岩不同细观参数均质度对冲击倾向性的影响,利用细观颗粒流软件模拟了弹性模量和黏结强度分别服从Weibull分布的非均质煤岩,并通过进行单轴压缩试验分析了破坏过程中的能量积聚与释放,研究了不同均质度m的煤岩冲击倾向性。分析表明:颗粒弹性模量均质度m与宏观弹性模量之间呈幂函数关系,m越大,峰前积聚的能量越多,冲击倾向性越明显;颗粒间黏结强度均质度m与宏观抗压强度之间呈幂函数关系,m越大,峰前积聚的能量越多,煤岩破坏由塑性向脆性转化,峰后能量释放速度加快,冲击倾向性越明显;黏结强度均质性影响峰前的能量积聚和峰后的能量释放,而弹性模量均质性只影响峰前的能量积聚,黏结强度均质性对冲击倾向性的影响大于弹性模量,起主导作用。

细观尺度下大孔隙环氧沥青混合料损伤演化分析

通过数字图像技术获取了大孔隙环氧沥青混合料的多相细观结构,建立了包含集料、沥青砂浆、空隙在内的细观结构有限元仿真模型,引入了内聚力模型,通过劈裂试验数值模拟,对内部结构应力响应、裂纹扩展及损伤演化过程进行了分析.研究结果表明:空隙、集料等细观结构的不均匀分布,对混合料的应力响应及其分布均造成一定影响;劈裂试验模拟过程中,损伤变量D值达到1时,试件开始启裂,预设内聚力单元模拟的启裂位置与室内试验观察较为一致,而后裂缝开始扩展,但扩展速率逐渐变小;双线性内聚力模型较好地模拟了混合料损伤规律与裂纹启裂、扩展路径.

准脆性材料单轴拉伸破坏全过程物理模型研究

试图建立由细观物理元件系统组成的物理模型,根据该模型的运动状态模拟准脆性材料的单轴受拉损伤破坏全过程。修正平行杆模型是基于准脆性材料单轴受拉破坏的宏观表现,考虑损伤材料名义应力和有效应力之间的等价关系,建立的考虑均匀损伤的物理模型。在此基础上,考虑破坏过程中局部软化阶段的尺寸效应,假设拉伸破坏过程发生在宽度一定的断裂过程区内,建立非局部的损伤物理模型——双本构物理模型,推导整个受力过程的本构关系。详细描述整个受力过程所经历的任意损伤状态,从一个新颖的视角对细观非均质材料的破坏机制进行探讨。通过该模型区分开实际试验过程中对应的峰值应力状态和出现宏观裂纹的临界状态,并且根据此临界状态将整个受力过程分为均匀损伤阶段和局部破坏阶段。算例表明,该模型可以较真实地反映准脆性材料在准静态单轴拉伸损伤破坏的整个过程中所表现出来的宏观特性。提出新的材料破坏理论——材料内在力学性能发挥机制理论,认为准脆性材料的整个受力破坏过程受这个内在规律支配。

硅粉掺量对再生骨料混凝土单轴压缩性能的影响研究

再生骨料混凝土已经逐渐成为工程应用的热点,为了进一步提高再生骨料混凝土的实用性,针对水灰比为0.49的再生骨料混凝土开展了硅粉掺量分别为0%、3%、6%、9%、12%的单轴压缩试验,分析了硅粉掺量对再生骨料混凝土的抗压强度、弹性模量和峰值应变的影响。试验结果表明:随着硅粉掺量的增加,再生骨料混凝土的抗压强度与弹性模量均呈先增加后减小的趋势,峰值应变的变化规律则与之相反。通过对试验结果的分析,建立了考虑硅粉掺量影响的损伤本构模型,分析了硅粉掺量对再生骨料混凝土本构模型5个特征参数E0、εa、εh、εb、H的影响规律发现:随着硅粉掺量的增加,这5个参数呈现不同的变化趋势,与试件的强度和延性的变化规律具有一致性;其中9%硅粉掺量的混凝土试件的强度最高,延性最小,在硅粉掺量与再生骨料混凝土的5个特征参数关系曲线中,9%硅粉掺量处是曲线的拐点。在此基础上,构建了硅粉掺量与混凝土特征损伤参数的演化方程,探讨了硅粉掺量对再生骨料混凝土损伤演化机制的影响规律。