基于粘結(jié)裂縫模型的非均勻準(zhǔn)脆性材料斷裂模擬研究.pdf

1、作為準(zhǔn)脆性材料,混凝土的抗拉能力低、失效預(yù)警時(shí)間短,且在多級(jí)尺度上表現(xiàn)出非均勻性。對(duì)混凝土斷裂過程的模擬研究,有助于掌握準(zhǔn)脆性材料的裂縫起裂和開展機(jī)制。論文先對(duì)國(guó)內(nèi)外非均勻準(zhǔn)脆性材料的斷裂模擬研究歷史進(jìn)行全面的文獻(xiàn)回顧,重點(diǎn)研究各種裂縫模型的本構(gòu)關(guān)系和非均勻場(chǎng)的模擬算法,并比較現(xiàn)有模擬方法的優(yōu)缺點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上提出基于粘結(jié)裂縫模型的模擬方法。該方法采用具有自相關(guān)性的隨機(jī)場(chǎng)間接表征材料屬性的空間分布,在通用有限元軟件Abaqus平臺(tái)上,通過

2、若干前后處理程序,進(jìn)行非均勻準(zhǔn)脆性材料的斷裂模擬。
　　 采用該方法,先對(duì)二維平面內(nèi)一個(gè)軸心受拉試塊進(jìn)行單元類型、網(wǎng)格依賴性,裂縫面特征及數(shù)值算法等方面的研究,再進(jìn)行二維斷裂的蒙特卡羅模擬。在論證蒙特卡羅模擬結(jié)果已收斂的前提下,分析隨機(jī)場(chǎng)方差和特征長(zhǎng)度對(duì)極限荷載的影響,并利用模擬結(jié)果進(jìn)行初步的可靠度設(shè)計(jì)及材料強(qiáng)度評(píng)估。將二維模擬方法擴(kuò)展至三維,對(duì)一系列靜態(tài)和動(dòng)態(tài)斷裂過程進(jìn)行三維模擬,將模擬結(jié)果與其它文獻(xiàn)或?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,以驗(yàn)證

3、算法的可行性。在三維空間內(nèi),對(duì)上述軸心受拉試塊進(jìn)行蒙特卡羅模擬,從多角度分析模擬結(jié)果,并與二維模擬結(jié)果進(jìn)行比較。最后,在上述混凝土斷裂模型基礎(chǔ)上,提出基于纖維拉拔實(shí)驗(yàn)曲線的纖維混凝土模型,并對(duì)近年來(lái)受到廣泛關(guān)注的纖維混凝土加固效果進(jìn)行初步模擬和參數(shù)分析。
　　 研究表明,論文提出的模擬方法能夠準(zhǔn)確模擬混凝土破壞時(shí),裂縫面形態(tài)粗糙、位置隨機(jī)的特性;同樣的平均強(qiáng)度下,混凝土的極限荷載隨著抗拉強(qiáng)度隨機(jī)場(chǎng)方差的增大而減小,隨著骨料粒徑的