基于细观数值模拟的玄武岩纤维泡沫混凝土力学性能

作     者：郭凌云 陈波 高志涵 缪云 牛瀚仪 

作者机构：河海大学水利水电学院 河海大学水灾害防御全国重点实验室 水利部珠江水利委员会 华电宁德电力开发有限公司 南京水利科学研究院 

出 版 物：《复合材料学报》 (Acta Materiae Compositae Sinica)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：08[工学] 081304[工学-建筑技术科学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0813[工学-建筑学] 

基　　金：国家自然科学基金项目(52079049 52239009) 国家重点实验室基本科研业务费(522012272) 国家资助博士后项目(GZC20230671) 江苏省卓越博士后项目(2023ZB703) 

主　　题：玄武岩纤维泡沫混凝土 细观结构 X-CT Comsol 孔结构 力学仿真 

摘      要：为研究不同密度和纤维掺量的玄武岩纤维泡沫混凝土（BFRFC）的孔隙特征与单轴压缩力学性能，本文对两种密度下三种纤维掺量的试样进行X-CT与单轴压缩试验，分析实测孔隙和纤维分布特征，利用Matlab软件二次开发了BFRFC微观结构的三维重构模型，基于Hashin失效准则和损伤变量建立BFRFC的渐进损伤模型，并采用Comsol有限元软件进行单轴压缩试验仿真模拟。研究发现，BFRFC的孔隙直径服从对数正态分布，孔隙率和平均孔径随着密度的增加及纤维掺量的增多而减小；BFRFC内部的纤维极角主要集中在15°～90°之间，而方位角则在0°～360°之间均匀分布；基于微观结构所建立的BFRFC试样仿真模型，结合材料软化特性的渐进损伤模型，可以有效模拟BFRFC单轴压缩过程；BFRFC中玄武岩纤维的添加显著提升了材料的力学性能，包括峰值强度和吸能能力，且单轴压缩过程中材料内部力学响应从外层向内层进行逐层传递。