基于格構(gòu)模型的三維多尺度混凝土受拉斷裂過程數(shù)值模擬.pdf

1、離子在受損混凝土中運(yùn)輸性能是研究混凝土耐久性的一個關(guān)注重點問題。為了方便混凝土受損后氯離子的輸運(yùn)性能進(jìn)行研究，利用格構(gòu)模型可以同時模擬斷裂和離子傳輸?shù)奶攸c，本文主要通過建立出混凝土各個尺度下的受拉斷裂數(shù)值模型，分析混凝土各尺度下斷裂過程中的裂縫發(fā)展情況。主要研究內(nèi)容為界面過渡區(qū)模型的建立，水泥石，砂漿和混凝土在受拉應(yīng)變作用下斷裂開展情況和承載力峰值研究。利用多尺度方法對水泥石與砂漿以及砂漿與粗骨料之間的界面過渡區(qū)進(jìn)行了分析，得到基于本模

2、型的受力本構(gòu)，并將其引用到高階的模型中，作為整個格構(gòu)模型的主要特點來進(jìn)行分析。本文結(jié)合混凝土數(shù)值模型和三維隨機(jī)格構(gòu)有限元模型及隨機(jī)骨料模型對混凝土受拉進(jìn)行了深入探討，主要研究內(nèi)容及成果如下：
　　1）建立不同尺度下的混凝土模型，包括：在微觀尺度利用HYMOSTRUC3D構(gòu)建了基于其水化模型的非均質(zhì)水泥石格構(gòu)模型，并從受力方向按角度進(jìn)行細(xì)分的界面過渡區(qū)模型，來解決了一般混凝土模型對界面單元僅降低強(qiáng)度的簡單處理；在細(xì)觀尺度利用隨機(jī)骨料

3、模型為基礎(chǔ)構(gòu)建了引入上一尺度的界面過渡區(qū)強(qiáng)度的砂漿格構(gòu)模型和混凝土格構(gòu)模型，及加入骨料水泥石比例影響的界面過渡區(qū)模型。
　　2）在MATLAB中編程完成隨機(jī)骨料投放算法，并獲取骨料占比為40-45％的球形隨機(jī)骨料模型，并基于稀疏矩陣和分塊矩陣來存儲模型信息，完成預(yù)處理共軛梯度法算法應(yīng)用于模型受力計算，構(gòu)建出可以計算實現(xiàn)的超大型格構(gòu)體系的有限元分析程序。
　　3）簡化格構(gòu)斷裂模型的分析步驟，將普通格構(gòu)模型桿件逐一斷裂來獲取應(yīng)變

4、等參數(shù)改為直接施加應(yīng)變來剔除該步驟下斷裂桿件，節(jié)省計算時間；得到相應(yīng)的應(yīng)變與受力及斷裂程度的關(guān)系。分析結(jié)果上看，以步長為加載步驟的模擬結(jié)果較預(yù)期偏大但在可接受范圍內(nèi)，隨步長越大，計算結(jié)果也越大。
　　4）模型模擬了軸向受拉時水泥石、砂漿、混凝土及相應(yīng)界面過渡區(qū)的裂縫發(fā)展過程和空間分布，從獲取的格構(gòu)模型斷裂圖中可以看出，各模型皆經(jīng)歷了微小應(yīng)變下無斷裂開展，彈性階段微小缺陷開始出現(xiàn)，受力不斷增加裂縫逐漸長大，受力峰值過后裂縫迅速開展并