基于随机骨料的混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型损伤断裂研究

作     者：蔚江江 

作者单位：内蒙古大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵志蒙;李国栋

授予年度：2019年

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] 

主      题：混凝土 Ⅰ-Ⅱ复合型断裂 随机骨料 断裂特性 数值模拟 细观等效 

摘      要：由于混凝土复合材料的高度不均匀性,混凝土内部在加载前就已经存在了一定数量的微缺陷和微裂纹,这些初始缺陷的演化形态决定了混凝土最终的宏观断裂路径。针对混凝土结构中普遍存在的Ⅰ-Ⅱ复合型损伤断裂现象,将混凝土看作由粗骨料、砂浆和孔隙组成的复合材料,在细观尺度下对其损伤断裂机理进行研究。以细观层次上的混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型损伤断裂为主要研究内容,采用四点剪切的反对称加载试验方法对预制缺口的混凝土小梁进行断裂试验。探讨不同应力状态下粗骨料体积率及骨料比表面积对混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型损伤断裂形态、断裂特性和承载力的影响。同时,基于多相复合材料的等效化方法,分析了混凝土三相细观复合材料的等效损伤本构模型,运用蒙特卡罗随机方法生成了与试验三维空间骨料参数等效的混凝土二维随机多边形细观骨料数值模型。运用显示动力算法进行混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型损伤断裂数值模拟计算。通过混凝土损伤断裂试验与数值模拟结果的对比分析,验证了细观数值模型的准确性以及细观等效化方法在混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型损伤断裂研究中的可行性。随机骨料模型体现了混凝土细观结构的非均质特性,能较好地模拟混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型损伤断裂中裂纹的随机开展过程。同时,试验与数值模拟结果表明,混凝土细观层次的不均匀性对其宏观力学性能影响显著,研究混凝土断裂性能的四点弯曲梁数值模拟方法,是一种可以通过少量试验模型获得相对准确、合理试验结果的高效、便捷的方法。