单轴压缩荷载作用下混凝土损伤破坏的细观力学分析

基于伸缩因子函数的变形方法和蒙特卡罗方法,建立了由骨料、砂浆和二者之间的界面过渡区构成的混凝土随机骨料模型。采用有限单元法对混凝土随机骨料模型的抗压强度、应力峰值、应力分布、损伤状态等力学性能进行了数值计算,从细观尺度上分析了混凝土的损伤破坏过程及裂缝形貌特征。结果表明:在单轴压缩荷载作用下,混凝土首先在薄弱区域的界面过渡区处发生拉应力和剪应力集中,产生初始损伤;然后损伤扩展至水泥砂浆,形成贯穿裂缝;最终,导致混凝土承载力失效。

冻融循环作用下砂岩的力学特性及细观损伤本构模型研究

针对寒区岩体工程中岩石的冻融问题,选取砂岩为试样,通过进行室内冻融循环试验、扫描电子显微镜观测和三轴压缩试验对砂岩质量损失、微观结构和力学特性进行了分析。然后基于Lemaitre应变等效假设理论,通过引入能够反映岩石冻融破坏过程中的细观冻融损伤变量和力损伤变量来描述岩石材料的劣化程度及损伤演化规律,并采用连续损伤力学理论,建立了冻融与围压耦合作用下岩石的损伤演化方程及细观损伤本构模型。采用理论推导的方法得出所需的模型参数表达式,最后利用冻融岩石的三轴压缩试验数据对该模型的合理性和准确性进行了验证。将试验曲线的峰值点与模型理论曲线的峰值点进行对比,结果表明两者吻合度较好,该损伤本构模型能够较好地反映岩石三轴压缩过程的应力-应变峰值特性,验证了该模型及模型参数确定方法的合理性与可靠性。该模型拓展了岩石在冻融与围压耦合作用下的损伤模型,进一步的揭示了岩石在冻融与围压耦合作用下的损伤机制和破坏规律。

水化学腐蚀对砂岩力学特性影响的试验研究

通过砂岩在不同水化学溶液中浸泡后的常规三轴压缩试验,对比分析受不同pH值、不同浓度和不同化学成分的化学溶液腐蚀后砂岩的变形特性、强度特性及其微细观结构特征,并监测化学溶液中Ca2+,Mg2+离子浓度的变化规律,初步探讨砂岩试样的水化学腐蚀机制。试验结果表明:化学腐蚀后,砂岩试样有从脆性向延性转化的趋势;砂岩的力学参数均有不同程度的降低,并且,砂岩力学参数的劣化程度与其物理化学参数之间存在密切的关系,试样的孔隙率或纵波波速变化越大,或溶出的离子浓度越多,其力学参数的降低程度越大。引入新的损伤参量来定量地表达试样力学参数随水化学损伤的演化过程。

基于单轴压缩CT实验的砂岩破损机制

根据分区描述理论对砂岩单轴压缩CT实验资料在分区域值ξ1=50和ξ2=100的条件下进行了安全区、损伤进行区和破损区的检出,并对各区上的CT数进行统计。根据所定义的统计损伤变量和动态扩展区域上的CT数变化信息,计算得到各加载阶段的损伤变量值、损伤演化率和体应变。利用这些资料对砂岩在该实验条件下的损伤演化规律和细观机制进行分析,验证砂岩损伤演化的阶段性、不均匀性和突发性,从机制上解释损伤门槛值的存在,并最终确定了该门槛值。

非贯通裂隙介质单轴受力条件下的损伤本构关系探讨

在对裂隙与孔隙、微裂隙两类不同层次损伤的演化特征与相互关系进行试验研究与分析的基础上,分别确定了表征这两类损伤的奇异损伤变量和分布损伤变量,推导了单轴压缩条件下非贯通裂隙介质损伤本构方程,并运用试验结果对其进行了验证。

表面塑性损伤的描述及其细观机理分析

对ＬＹ１２ＣＺ铝合金板件单向拉伸状态下表面塑性损伤的细观演变过程进行了定量、定性对比观测，并选用和定义了表面损伤变量ＤＡ、Ｄ（Ｌ）和Ｄ（Ｒａ），以及整体损伤变量Ｄ（Ｅ），对材料表面的损伤演变规律进行了描述，并与材料整体的损伤进行了比较。结果表明：表面塑性损伤的细观机理与材料内部的基本一致，是微空穴的形核、长大与汇合为宏观裂纹的过程，汇合方向只与外载的方向有关；三表面损伤变量中，Ｄ（Ａ） 、Ｄ（Ｒａ）随ε的增大呈幂函数增大，Ｄ（Ｌ）则是先平稳变化，最后迅速增大；三变量间互相关，且Ｄ（Ｌ）较Ｄ（Ａ）对材料损伤变化更为敏感；表面损伤较整体损伤的变化稍有滞后。

细观损伤力学及其在金属塑性加工中的应用

简述了细观损伤力学的研究进展,分析了细观损伤力学对金属塑性加工的重要意义。在金属塑性加工中,对大部分塑性成形工序,应抑制损伤的产生与发展,以提高材料的变形能力;对分离工序,应创造合适的断裂条件,以保证获得良好的断面质量。以细观损伤力学在精密冲裁和超塑性成形中的应用为例,分析了材料细观裂纹的形成过程以及材料损伤断裂的原因,提出了细观损伤力学理论和应用上的局限性,以拓宽细观损伤力学的发展和工程应用。

混凝土细观破裂过程的三维数值模拟及CT验证

应用"被占领区域剔除"的思想,对原有的混凝土骨料三维随机分布的数值模型进行改进,提出了一种新的混凝土骨料三维随机分布数值模型建立的方法,并基于弹性损伤本构关系,采用双折线损伤演化模型描述混凝土细观各相弹性损伤退化,用弹性模量的折减程度来反映混凝土试件在加载过程中的损伤程度。对混凝土圆柱体试件进行了数值模拟计算,并依据混凝土破坏过程图比较了数值模拟的破坏过程与CT试验结果,发现试件破坏时裂纹的萌生、扩展过程与CT观测到的过程具有相似性,表明该模型较好地模拟了混凝土的不均匀性与各向异性,证明建立该模型的方法是可行的。

GTN细观损伤模型的发展与应用综述

细观损伤力学分析广泛应用于韧性金属损伤、断裂、成形极限预测等领域。Gurson-Tvergaard-Needleman(GTN)损伤模型是细观损伤力学领域最为重要的经典模型之一。该模型将材料的细观孔洞演化过程与宏观力学行为相结合,描述材料在外部载荷作用下的细观损伤机理及宏观损伤失效行为。大量试验研究表明,在剪切载荷为主的应力状态下,材料内部孔洞体积分数并没有明显增加,但依然会发生失效。由于传统GTN模型只考虑孔洞体积分数变化对金属材料损伤行为的影响,使得GTN模型并不适合中、低应力三轴度下的损伤及断裂预测,因此多位学者都对原始GTN模型进行了修正。概述细观损伤力学和GTN模型的发展历程,并分析GTN模型的几种典型修正方法及其适用范围和优劣势,总结GTN模型参数标定方法。将GTN细观模型在工业领域中的应用分类整理,展望GTN模型的发展趋势,可为今后GTN模型的研究与应用提供参考。

化学侵蚀后砂浆力学特性的劣化及其细观结构损伤定量化方法

研究了在不同水化学环境下砂浆试样力学特性劣化及其微细观结构损伤的演化,并探讨其力学特性劣化的细观机制。结果表明,化学腐蚀后试样峰值前的塑性变形有所增大。溶液对试样的化学腐蚀作用越强其塑性变形越大,并具有明显的时间阶段性。腐蚀后试样塑性变形的变化,间接地反映了化学溶液对砂浆试样的腐蚀程度。提出无损量测方法计算不同腐蚀时间段内砂浆试样的孔隙率,并基于其孔隙率的变化建立了新的损伤变量。研究发现,砂浆试样的化学损伤程度与其物理力学参数之间的一致性比较明显。这说明,用基于化学腐蚀产生的次生孔隙率建立的损伤变量定量描述试样微细观结构的化学损伤程度及其物理力学特性随化学损伤的演化过程,是合理的。

废旧轮胎胶粉混凝土耐久性研究综述

废旧轮胎胶粉混凝土是一种新型复合混凝土材料,因其具有较好的抗冻性能、韧性、保温性能和轻质、环保的优点逐渐被应用到建筑、公路、大坝等工业和民用建筑。本文对废旧轮胎胶粉混凝土耐久性研究现状进行综述,从实验研究、细微观研究、评价和预测三个方面介绍了废旧轮胎胶粉混凝土耐久性的研究进展。并从界面过渡区(ITZ)、裂缝的控制、室内仿真模拟等角度思考改善废旧轮胎胶粉混凝土耐久性,减缓废旧轮胎胶粉混凝土的损伤劣化的新方法,从而扩大了废旧轮胎胶粉混凝土的适用范围。

基于宏细观参数相关联的上海软土损伤变量研究

基于上海软黏土的CT实时三轴试验结果,研究软黏土的细观损伤发展的规律,探寻宏观力学参量、细观参数和损伤变量之间的关系,寻找以细观参数为基础确定损伤变量和损伤变量门槛值的方法。研究表明,CT数均值及剪应力比η与土体的损伤演化存在内在联系。提出以CT数均值为基础的损伤变量及参数的确定方法,建立损伤变量与剪应力比的线性关系式,进而建立弹性损伤模型。最后,采用此模型对试验资料进行模拟,模拟结果与试验值相一致。

砂岩加载过程中的细观损伤试验研究

为研究砂岩在加载过程中的细观损伤特征,采用三轴压缩试验设备,对砂岩进行特定高围压下不同轴向应力加载试验。利用扫描电镜、能谱分析仪对加载后的完整岩样进行细观观测,运用图像处理程序对砂岩的细观损伤信息进行统计分析。研究结果表明:在30MPa围压和未超过单轴抗压的轴应力下,砂岩的应力–应变曲线未见明显屈服点,而随轴向应力增加,其塑性变形程度与细观损伤因子不断增加,砂岩强度渐进劣化;试件细观损伤因子基本服从Gauss函数分布,其细观损伤随轴向应力的增加由观测面边缘逐渐向中心延展。砂岩内部的3种细观结构在加载后仅表现为砂粒、胶结体2种细观形貌,且随轴向应力的增加,试件损伤细观上首先从胶结体开始,然后逐步转移到砂粒。砂岩主要由氧、硅、铝3种元素组成,氧元素遍布整个试件,硅元素主要分布在试件的高强度区,铝元素主要分布在试件的低强度区。