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(gè)關(guān)注重點(diǎn)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(shí)模擬斷裂和離子傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，本文主要通過建立出混凝土各個(gè)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?jī)?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(duì)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(gè)格構(gòu)模型的主要特點(diǎn)來(lái)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(duì)混凝土受拉進(jìn)行了深入探討，主要研究?jī)?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(lái)解決了一般混凝土模型對(duì)界面單元僅降低強(qiáng)度的簡(jiǎn)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(lái)存儲(chǔ)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(jì)算，構(gòu)建出可以計(jì)算實(shí)現(xiàn)的超大型格構(gòu)體系的有限元分析程序。
　　3）簡(jiǎn)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(lái)獲取應(yīng)變

4、等參數(shù)改為直接施加應(yīng)變來(lái)剔除該步驟下斷裂桿件，節(jié)省計(jì)算時(shí)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(zhǎng)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(zhǎng)越大，計(jì)算結(jié)果也越大。
　　4）模型模擬了軸向受拉時(shí)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(wú)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(zhǎng)大，受力峰值過后裂縫迅速開展并