现浇磷石膏单轴受压本构关系研究

作     者：翁婉琳 

作者单位：武汉理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：戴绍斌

授予年度：2018年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：现浇磷石膏 单轴受压试验 力学性能 本构关系模型 数值模拟 

摘      要：磷石膏是磷肥工业的副产物。截至2015年,我国堆存的磷石膏已累计达到3亿吨。大量未经处理的磷石膏暴露于自然环境中,不仅造成土地资源的浪费,还对生态系统造成了严重危害。我国“十三五生态环境保护规划明确要求提高工业固体废弃物的综合利用率,并鼓励将磷石膏应用于各种建材和建材添加剂中。将现浇磷石膏作为建筑材料应用于实际工程,是实现磷石膏低成本、大规模资源化利用的新方向。但是目前现浇磷石膏的研究成果少,其工程应用受到限制。本文结合试验研究、理论分析和数值模拟,对现浇磷石膏的力学性能进行研究,并建立其单轴受压本构关系模型。主要研究内容和结论如下:(1)通过对16组配合比的现浇磷石膏棱柱体试件进行单轴受压试验,描述了现浇磷石膏试件的破坏形态,并测得现浇磷石膏单轴受压应力-应变曲线,及其轴心抗压强度、弹性模量和泊松比等重要力学性能指标,并分析了外加组分缓凝剂、减水剂和玻化微珠的影响。(2)根据试验所得16组现浇磷石膏单轴受压应力-应变全曲线的几何特性,选取多项式、三角函数和有理分式三种数学模型对现浇磷石膏单轴受压全曲线进行拟合。通过误差分析可得,当采用上升段为多项式模型、下降段为有理分式模型的分段式数学模型时,拟合曲线与试验结果最为吻合。曲线拟合所得的现浇磷石膏单轴受压曲线统一方程能够满足试验曲线的各项几何特性,为研究其单轴受压本构关系提供了合理的数学模型。(3)采用曲线拟合与数学推导相结合的方法,建立了现浇磷石膏的本构关系经验模型。选取检测组,建立其单轴受压本构关系理论曲线,并通过与该组实测应力-应变曲线对比,初步验证了本构关系模型的合理性。(4)通过有限元软件ABAQUS建立现浇磷石膏棱柱体三维模型,采用本文建立的本构关系模型定义现浇磷石膏的材料属性,并对现浇磷石膏模型进行了轴心受压模拟。结果表明,现浇磷石膏有限元模型能够较好地模拟现浇磷石膏单轴受压试验,数值模拟结果与试验结果基本一致,进一步验证了现浇磷石膏单轴受压本构关系模型是合理可靠的。