硫酸盐对混凝土侵蚀过程的细观数值分析

硫酸盐侵蚀作为混凝土耐久性损伤的一个重要方面,日益受到人们的普遍关注。根据Fick第二定律和化学反应动力方程,建立了细观层面硫酸盐对混凝土侵蚀过程的数值分析方法。以混凝土随机凸多边形骨料模型为基础,利用Matlab程序对有限元软件进行二次开发,建立了基于扩散-化学反应的硫酸盐对混凝土侵蚀过程的细观数值分析方法,并与试验结果进行了对比。结果表明:硫酸盐侵蚀过程细观数值方法得到的模拟结果与试验结果吻合较好,可以有效模拟硫酸盐对混凝土的侵蚀过程;距混凝土表面一定深度范围内,SO_(4)^(2-)浓度随表面SO_(4)^(2-)浓度的提高而增加;砂浆中SO_(4)^(2-)扩散系数是影响混凝土内SO_(4)^(2-)最大侵蚀深度的主要因素;界面过渡区厚度对硫酸盐环境中混凝土损伤的影响较小。

基于块体切割法的随机骨料三维模型模拟——以四级配混凝土为例

混凝土细观力学特性的数值模拟效果,很大程度上取决于骨料模型的建立是否合理、高效。为此,以块体切割法为基础,将其推广至三维,生成了凸多面体骨料;然后根据骨料侵入判别准则,建立了四级配混凝土随机凸多面体骨料三维模型。结果表明,本方法能够建立随机凸多面体骨料三维模型,该模型可为研究混凝土细观力学特性打下良好的基础。

混凝土随机凸多面体骨料模型生成及细观有限元剖分

混凝土的级配及骨料含量对其宏观力学特性有直接的影响,适当的随机骨料模型是进行混凝土细观力学数值模拟分析的前提和基础。本文针对全级配大坝混凝土的高骨料含量的要求,给出了一种高效率生成随机球骨料模型的方法。并在随机球骨料模型的基础上,形成随机凸多面体骨料模型。同时,研究了细观单元属性判别方法,编制了对含有凸多面体骨料的细观区域进行结构性有限元网格剖分程序。本文给出的三维随机骨料模型算法不但考虑混凝土的骨料的实际级配和含量,而且计及了骨料的实际形态。

一种混凝土随机凸多边形骨料模型生成方法

混凝土的级配及骨料含量对其宏观力学特性有直接的影响,适当的随机骨料模型是进行混凝土细观力学数值模拟分析的前提和基础。本文首先讨论了瓦拉文公式的推导过程,分析了骨料分布和形态的随机特性,按照骨料切面几何图形面积等效的原则,将瓦拉文公式推广应用于确定二维混凝土试件截面凸多边骨料分布。研究了点与多边形及多边形与多边形的贯穿和侵入的几何关系,编制了凸多边形生成程序和细观有限元剖分程序。全级配混凝土梁三分点加载弯曲数值试验显示了所编程序的正确性。

混凝土三维随机凸型骨料模型生成方法研究

为了较好地模拟混凝土的细观结构,开展了混凝土三维细观随机骨料模型的算法研究,比较分析了骨料生长、相交的算法特点。以随机球形骨料模型为基础,以体积为标度,在前人的基础上,提出了一种新的混凝土三维凸型骨料的生长方式——射线延拓法和一种新的骨料相交判断方法——有约束非线性最优化方法,避免了骨料传统相交判断算法中的多重循环。采用分割-填充法,改善了骨料随机投放过程中的效率问题,使得建模更快捷、有效。

基于二维凸骨料细观模型的混凝土动态力学性能分析

建立了细观层次的二维混凝土凸骨料模型,在3.33×10^(-5)、3.33×10^(-4)、3.33×10^(-3)、3.33×10^(-2)、3.33×10^(-1)、0.2 s^(-1)多个应变率下对二维凸骨料模型进行数值分析.从数值模拟结果中可以得到:所建立的二维凸骨料模型在加载后能够较好的反映混凝土力学性能变化;当应变率逐渐增加时,二维混凝土试件的裂纹扩展速度加快,且裂纹走向趋于复杂,数量有明显增多,这与试验中观察到的现象基本一致.加载速率的增大使得混凝土强度逐渐提高;将计算所得抗压强度增大系数与CEB规范及其他学者结果相比较,数值模拟结果较好。

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。

基于三维随机细观模型的珊瑚混凝土力学性能模拟

为了研究珊瑚混凝土(CAC)的静、动态力学行为及损伤破坏机理,基于CAC的细观组成及结构特点,建立了包含珊瑚骨料、砂浆及二者之间界面过渡区(ITZ)的三相随机细观混凝土模型。根据破碎珊瑚骨料细观结构特征,提出采用三维随机多面体模型来表征其在形状和空间分布方面的随机特性的新思路。基于所建立的三维随机细观模型,结合CONCRETE_DAMAGE_REL3和HOLMQUIST-JOHNSON-COOK材料模型,利用ANSYS软件研究了静、动态荷载作用下CAC的力学响应,如应力-应变关系、细观破坏特征及破坏过程、应变率效应等,并分析了其细观破坏机理。结果表明:三维随机细观模型及相关材料模型参数在模拟CAC静、动态力学性能方面具有很高的可靠性,可以有效描述CAC的损伤破坏过程及形态,对于分析不同荷载作用下CAC失效机理具有重要意义。

再生粗骨料混凝土压缩徐变特性的研究

通过对再生粗骨料取代率为0%、50%、100%的混凝土试件进行徐变试验,研究再生粗骨料混凝土的徐变特性。结果表明:再生粗骨料混凝土的基本徐变和总徐变都随再生粗骨料取代率增大而增大,并且再生粗骨料取代率对再生粗骨料混凝土总徐变的影响大于对基本徐变的影响。基于试验结果,分析了徐变过程中的再生粗骨料、新砂浆、旧砂浆的相互作用机理,引入了新砂浆、旧砂浆与再生粗骨料混凝土徐变的关系计算模型,即修正的Neville徐变模型。利用该模型,计算了旧砂浆在再生粗骨料混凝土基本徐变和总徐变过程中的徐变量。基于ANSYS软件,建立了再生粗骨料混凝土的二维随机凸集料模型,以验证修正的Neville徐变计算模型的可靠性,并采用该有限元模型,分析再生粗骨料随机分布对再生粗骨料混凝土徐变的影响。最后,基于提出的修正Neville模型,建立了能够计算旧砂浆徐变、反映旧砂浆含量和性能的再生粗骨料混凝土徐变预测模型。