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《混凝土斷裂損傷細(xì)觀數(shù)值模擬研究進(jìn)展》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、混凝土斷裂損傷細(xì)觀數(shù)值模擬研究進(jìn)展秦皇島金茂建設(shè)工程有限公司河北秦皇島066004摘要：對格構(gòu)模型、隨機(jī)粒子模型、隨機(jī)骨料模型及隨機(jī)力學(xué)特性模型進(jìn)行了分析，在綜述混凝土細(xì)觀力學(xué)性能硏究工作的基礎(chǔ)上，針對模擬混凝土斷裂損傷的細(xì)觀模型存在的不足，提出進(jìn)一步的改善措施。關(guān)鍵詞：混凝土；細(xì)觀分析；數(shù)值模擬；模型引言：混凝土作為主要的建筑材料己有百余年的歷史，它被廣泛應(yīng)用于水利工程、土木工程和采礦工程等眾多領(lǐng)域。國內(nèi)外學(xué)者對混凝土做了大量的研究，這些研究多是建立在實驗的基礎(chǔ)之上?；炷翆嶒炐韬馁M大量的人力物力財力，由于實驗條件，所處環(huán)境，人員因素以及材料木身的復(fù)雜性，所得結(jié)果往往具有離散
2、性，難以反映混凝土真實的力學(xué)性能指標(biāo)。WittmannFH［l］和ZaitsevYV［2-3］把混凝土看作非均質(zhì)復(fù)合材料，在細(xì)觀層次上研究了混凝土的結(jié)構(gòu)、力學(xué)特性和裂縫擴(kuò)展過程。隨著計算機(jī)處理能力的提高和斷裂力學(xué)理論的成熟，數(shù)值模擬方法己經(jīng)取得了長足的進(jìn)步，基于正確的力學(xué)模型，細(xì)觀數(shù)值模擬可以避免試驗條件的限制和人為因素的影響，降低試驗結(jié)果的偶然性和離散性，不但可以直觀反映出混凝土的細(xì)觀損傷程度與裂縫擴(kuò)展情形，而忖也能通過對細(xì)觀參數(shù)進(jìn)行敏感性分析，得到各種細(xì)觀參數(shù)對其極限承載能力的作用。因此數(shù)值模擬從一定程度上能代替?zhèn)鹘y(tǒng)的試驗方法，利用數(shù)值模擬方法對混凝土材料的靜、動力學(xué)性能進(jìn)
3、行研究具有重大的意義［4］。1.混凝土細(xì)觀力學(xué)數(shù)值模型研究現(xiàn)狀與混凝土力學(xué)宏觀性能研究相比，混凝土的細(xì)觀力學(xué)的研究起步較晚,是近二三十年才發(fā)展起來的研究方向。在1984年國際理論與應(yīng)用力學(xué)學(xué)會召開的哥木哈根大會上，細(xì)觀力學(xué)被確定為“理論與應(yīng)用力學(xué)中振奮人心的新領(lǐng)域之一”。隨后Zaitsev和Wittmann把混凝土看做非均質(zhì)復(fù)合材料，在細(xì)觀層次上分析了混凝土的結(jié)構(gòu)與力學(xué)特性和裂縫的擴(kuò)展過程，RoelfstraPE首次將細(xì)觀的概念引入到混凝土力學(xué)性能的研究當(dāng)中，在細(xì)觀層次上將混凝土看作是由骨料、水泥砂漿及其交界面組成的復(fù)合材料，各組分對混凝土的力學(xué)性能都有著直接的影響。圍繞這一思
4、想很多學(xué)者都提出并建立了各種細(xì)觀力學(xué)計算模型，并取得了很多成果。混凝土斷裂損傷的細(xì)觀模型，最具典型的有格構(gòu)模型(Latticemodel).隨機(jī)粒了模型(Randomparticlemodel)、隨機(jī)骨料模型(Randomaggregatemodel)及唐春安⑸等人提出的隨機(jī)力學(xué)特性模型等。除了以上幾種模型，還有很多學(xué)者也進(jìn)行了大量的研究工作，建立了不同的計算模型，如美國西北大學(xué)Bnaazt教授⑹于1955年提出的微平面模型(MicroPlnaeModel),大連理工大學(xué)的王寶庭，宋玉普［7］提岀的剛體一彈簧模型(RigidBodySpringModel)等。以上的這幾種模型都
5、是通過假定混凝土是由骨料、砂漿和兩者之間的粘結(jié)帶組成的三相復(fù)合材料，基本上都是用細(xì)觀層次上的一些簡單的本構(gòu)關(guān)系來模擬比較復(fù)雜的宏觀斷裂過程。2.典型的細(xì)觀模型2.1格構(gòu)模型格構(gòu)模型思想產(chǎn)生于50多年前，當(dāng)吋由于缺乏足夠的數(shù)值計算能力，僅僅只是出現(xiàn)在理論分析方面。直到20世紀(jì)80年代后期，此格構(gòu)模型才被應(yīng)用于非均質(zhì)材料的破壞過程模擬。之來，國外眾多學(xué)者陸續(xù)開始應(yīng)用此模型進(jìn)行實驗研究。VanMier等人⑻使用該模型模擬了單軸拉伸、聯(lián)合拉剪、單軸壓縮等多個力學(xué)試驗;而schinagne等人⑼將格構(gòu)模型首次應(yīng)用于混凝土的斷裂破壞研究,模擬出了混凝土材料以及其它非均質(zhì)材料的開裂面的貫通過
6、程，并依此分析出了其破壞機(jī)理。在國內(nèi)，楊強(qiáng)［10］等學(xué)者采用格構(gòu)模型模擬巖石的開裂及破壞過程。研究結(jié)果表明，結(jié)合格構(gòu)模型模擬的實驗過程，如果按照某種特定的分布規(guī)律去掉一些不必要的結(jié)構(gòu)單元，就可以比較準(zhǔn)確的用來模擬材料的各種初始缺陷，采用格構(gòu)模型來模擬由拉伸作用而破壞引起的斷裂過程是非常有效的一種方法，同時還發(fā)現(xiàn)該模型可較好的考慮材料參數(shù)分布的隨機(jī)性問題，但是，當(dāng)使用該模型用于模擬混凝土在壓縮荷載（包括單軸壓縮和多軸壓縮）作用下的宏觀現(xiàn)象、規(guī)律吋，試驗?zāi)M結(jié)果不夠理想。2.2隨機(jī)粒子模型在20世紀(jì)90年代早期，就有國外研究者［12］提出了種被稱為隨機(jī)粒子模型的試驗?zāi)Ｐ?，該模型主?/p>
7、被應(yīng)用于模擬固體顆粒材料的一些力學(xué)過程。隨機(jī)粒子模型考慮粒子分布的隨機(jī)性，將試驗材料假設(shè)為一些粒徑不同且在空間隨機(jī)分布的圓形顆粒，用來模擬混凝土的骨料分布，可是忽略了相鄰的顆粒之間有接觸層作用力的影響。由于這些假設(shè)粒子被隨機(jī)地分布在基體中，基體也就被認(rèn)為是彈性體。但是，早期的隨機(jī)粒子模型還存在一些不足和問題需要解決。比如，由于該模型只是簡單地假定骨料為圓形，條件過于簡單，不適合用來模擬級配良好、粒徑隨機(jī)的混凝土骨料。所以，有些研究者基于相關(guān)理論及研究方法改善了隨機(jī)粒子模型，他們認(rèn)為基體本身就
