考慮初始缺陷的混凝土細觀單軸拉伸數(shù)值模擬.pdf

1、混凝土材料力學性能較為復雜，其組成成分對混凝土的整體力學性能影響更為明顯。通過基礎力學試驗可以較好的測出混凝土相關力學參數(shù)。但是由于條件限制，其試驗數(shù)據(jù)的離散性較大，人為因素影響較為明顯。隨著計算機硬件性能的不斷提升，計算效率有了飛躍式的發(fā)展，將混凝土簡化為三相復合材料，在細觀層次研究混凝土的相關力學特性成為“數(shù)值混凝土”研究的熱點。作為在宏觀尺度與微觀尺度之間的研究層次，在細觀層次將混凝土定義為由骨料、砂漿、界面所構(gòu)成的三相復合材料。

2、本文基于隨機骨料模型，在已有的三相材料模型的基礎上添加初始缺陷單元。將混凝土中的微小孔隙、微小裂紋定義為初始缺陷，認為混凝土在細觀層次是由骨料、砂漿、界面和初始缺陷四相復合材料組成。初始缺陷單元滿足蒙特卡羅規(guī)律隨機分布在界面單元中的假設。通過定義不同含量的缺陷單元探討其含量對抗拉強度的影響。由于計算硬件條件限制，但又要保證計算效率和精度的要求，將含有初始缺陷的隨機骨料模型進行細觀單元等效化處理，利用數(shù)理統(tǒng)計理論，探討混凝土細觀等效化特征

3、單元尺寸，即在滿足WEIBULL分布規(guī)律的前提下，統(tǒng)計不同網(wǎng)格尺寸的彈性模量離散系數(shù)C，當離散系數(shù)C趨于穩(wěn)定值時確定細觀特征單元尺寸。最后分析含初始缺陷單元的隨機骨料模型與細觀單元等效化模型各自計算特點及模擬效果。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴建立含有界面初始缺陷的混凝土隨機骨料模型（RAS）。在給定平面區(qū)間150mm×150mm和三維區(qū)間150mm×150mm×150mm內(nèi)，基于蒙特卡羅隨機分布規(guī)律，建立了不同形狀的平面隨機骨料模

4、型。骨料形狀包括：圓形、正多邊形、隨機多邊形和隨機凸多面體。假定缺陷單元符合蒙特卡洛規(guī)律隨機分布在界面單元中，其數(shù)量是界面單元數(shù)量的0~10％，每種形狀的骨料模型以單軸拉伸試驗為例計算4組樣本。統(tǒng)計計算結(jié)果發(fā)現(xiàn)：初始缺陷含量相同時計算結(jié)果誤差從大到小排序依次為：圓形骨料>正多邊形骨料>隨機多邊形骨料；不同形狀骨料模型，隨著缺陷含量增加，混凝土抗拉強度減小，當缺陷含量是界面單元數(shù)量的1%時計算結(jié)果與實驗結(jié)果吻合較好，誤差小于5%，當缺陷含

5、量增加到10%界面單元時，混凝土抗拉強度降低了近30%。⑵為配合完成混凝土隨機骨料模型單軸拉伸試驗，基于APDL語言二次開發(fā)了帶有殘余強度的混凝土彈脆性本構(gòu)。在單軸拉伸試驗中，首先判斷混凝土是否發(fā)生拉伸破壞，如果滿足給定的閾值則發(fā)生彈性破壞，如果沒有發(fā)生破壞，則進行剪切破壞判斷，拉伸破壞占有優(yōu)先權。⑶建立含有界面初始缺陷的細觀單元等效化模型（MEEM）。為解決隨機骨料模型計算效率低、對計算機硬件配置要求高的瓶頸問題，將含有1%初始缺陷的