利用渐进均匀化方法分析ITZ影响时混凝土的力学参数
发布时间：2021-07-03 22:11
混凝土可被视为一种多尺度材料,在细观尺度上,它通常被认为是由骨料、水泥浆基质和二者间的界面过渡区（Interfacial Transition Zone（ITZ））组成的三相复合材料。各组分的相对位置、相互作用、材料性质以及配合比等因素均会对混凝土的力学性能产生影响,导致混凝土的力学特性十分复杂。因此,需要从细观角度掌握混凝土的宏观力学性质。渐进均匀化方法（Asymptotic Homogenization Method（AHM））是一种具有严格数学基础的多尺度方法。本文利用AHM从细观角度计算了考虑界面过渡区和骨料级配影响时混凝土的弹性常数。主要工作及结论如下:1.建立单一粒径骨料代表体积单元（Representative Elementary Volume（RVE））,利用AHM计算各单一粒径骨料RVE的体积模量,该计算结果与广义自洽的结果接近。其间为克服较高骨料体积分数RVE建模时骨料溢出边界的情况,用立方增强体替代了球形增强体,发现立方增强体适应范围更广且不影响计算精度。然后采用加权平均法计算考虑骨料级配时混凝土的体积模量,不同骨料体积分数的计算结果与试验结果都很接近。最后分析...
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１混凝土结构??２??
随机骨料模型通常将骨料等效为圆形或球形。后来，为了更好的??表征混凝土的细观结构，骨料的形状逐渐向凸多边形（或凸多面体）进行演化，??如图１．３和１．４。采用非线性有限元分析混凝土受拉试件损伤断裂的过程时，??利用该模型能得到较合理的结果。??ｍ?■??办秘＿＿??１．３（ａ）圆形骨料?１．３（ｂ）凸多边形骨料??图１．３二维随机骨料模型??１．４（ａ）球形骨料?１．４（ｂ）凸多边体骨料??图１．４三维随机骨料模型??１．４?ＩＴＺ对混凝土力学性能影响的研究现状??！＾１３６１１［２１］通过分析出＾（：１１［２２］的试验数据并与Ｈ－Ｓ［２３］下边界进行比较发??现，ＩＴＺ对混凝土的力学性能有显著影响，指出在计算混凝土有效模量时，??应当将混凝土当作三相复合材料，考虑ＩＴＺ对弹性常数的的影响。??已有很多研究工作集中在ＩＴＺ性能及其对混凝土宏观力学特性的影响??上。目前，由于难以测定ＩＴＺ的有效模量参数，基本上都是间接研究ＩＴＺ对??砂浆或混凝土力学性能的影响。研究方法大致归为三类：试验研究、理论分??析和数值方法，后两者的研究工作一般需要得到试验结果的验证，也可以为??５??
试验提出参考依据。??１．４．１试验研究??Ｃａｌｉｓｋａｎ［２４］采用棱柱体推出试验研宄ＩＴＺ的抗剪强度，如图１．５；?Ｒａｏ［２５３??进行了双边切口轴拉断裂试验，发现ＩＴＺ的断裂韧度远低于水泥浆的断裂初??度；然而八１＾＆１１（１＾［２６］通过试验表明，ＩＴＺ的断裂韧度未必低于水泥浆，还??说明了?ＩＴＺ对混凝土杨氏模量的影响很大，发现不同的类型的骨料对ＩＴＺ的??微观结构会产生不同的影响。??｜?ＬＯＡＤ??Ｓｔｅｅｌ?Ｒｏｄ?＾???Ｓｔｅｅｌ?Ｗｉｎｇ??４?Ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ?－ｉ￣￣Ｈ??１??Ａｇｇｒｅｇａｔｅ?／?Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ?ＬＶＤＴ??Ｍｏｒｔａｒ?＾??Ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ?＾?■?Ｃｉｒｃｕｌａｒ?Ｂａｓｅ?Ｐｌａｔｅ??Ｐｕｓｈ－ｏｕｔ?Ｈｏｌｅ?．??Ｆｉｘｅｄ－Ｓｔｅｅｌ?／／??Ｂａｓｅ??＼??＿＿＿＿＿?＿＿＿＿＿??图１．５骨料推出实验装置示意图??伴随着试验设备的进步，混凝土细观力学试验也得到了进一步完善。目??前，纳米压痕、声发射（ＡＥ）、背散射电子（ＢＳＥ）和扫描电子显微镜（ＳＥＭ）己??成为研究ＩＴＺ的重要手段。利用这些手段，ＢｏｓｑＵｅ［２７］研究各类再生骨料和ＩＴＺ??的力学特性，分析ＩＴＺ对再生混凝土宏观力学性能的影响，发现ＩＴＺ的弹性??模量与混凝土中夹杂物的类型有关；ＶａｒｇａＳ［２８］研究了轻集料的密度、孔隙率、??形态等物理性质对ＩＴＺ的细观结构和厚度的影响
【参考文献】：
期刊论文
[1]骨料级配对二维模型混凝土单轴抗拉强度影响的理论研究[J]. 李冬,金浏,杜修力,杜敏. 工程力学. 2017(06)
[2]考虑骨料级配的混凝土有效弹性模量预测模型[J]. 李宗利,邓朝莉,张国辉. 水利学报. 2016(04)
[3]界面过渡区对混凝土动态力学行为影响分析[J]. 杜修力,金浏. 地震工程与工程振动. 2015(01)
[4]混凝土细观力学性质对宏观断裂过程影响的数值试验[J]. 朱万成,唐春安,滕锦光,赵文. 三峡大学学报(自然科学版). 2004(01)
[5]二维混凝土随机骨料模型研究[J]. 高政国,刘光廷. 清华大学学报(自然科学版). 2003(05)
本文编号：3263447
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１混凝土结构??２??
随机骨料模型通常将骨料等效为圆形或球形。后来，为了更好的??表征混凝土的细观结构，骨料的形状逐渐向凸多边形（或凸多面体）进行演化，??如图１．３和１．４。采用非线性有限元分析混凝土受拉试件损伤断裂的过程时，??利用该模型能得到较合理的结果。??ｍ?■??办秘＿＿??１．３（ａ）圆形骨料?１．３（ｂ）凸多边形骨料??图１．３二维随机骨料模型??１．４（ａ）球形骨料?１．４（ｂ）凸多边体骨料??图１．４三维随机骨料模型??１．４?ＩＴＺ对混凝土力学性能影响的研究现状??！＾１３６１１［２１］通过分析出＾（：１１［２２］的试验数据并与Ｈ－Ｓ［２３］下边界进行比较发??现，ＩＴＺ对混凝土的力学性能有显著影响，指出在计算混凝土有效模量时，??应当将混凝土当作三相复合材料，考虑ＩＴＺ对弹性常数的的影响。??已有很多研究工作集中在ＩＴＺ性能及其对混凝土宏观力学特性的影响??上。目前，由于难以测定ＩＴＺ的有效模量参数，基本上都是间接研究ＩＴＺ对??砂浆或混凝土力学性能的影响。研究方法大致归为三类：试验研究、理论分??析和数值方法，后两者的研究工作一般需要得到试验结果的验证，也可以为??５??
试验提出参考依据。??１．４．１试验研究??Ｃａｌｉｓｋａｎ［２４］采用棱柱体推出试验研宄ＩＴＺ的抗剪强度，如图１．５；?Ｒａｏ［２５３??进行了双边切口轴拉断裂试验，发现ＩＴＺ的断裂韧度远低于水泥浆的断裂初??度；然而八１＾＆１１（１＾［２６］通过试验表明，ＩＴＺ的断裂韧度未必低于水泥浆，还??说明了?ＩＴＺ对混凝土杨氏模量的影响很大，发现不同的类型的骨料对ＩＴＺ的??微观结构会产生不同的影响。??｜?ＬＯＡＤ??Ｓｔｅｅｌ?Ｒｏｄ?＾???Ｓｔｅｅｌ?Ｗｉｎｇ??４?Ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ?－ｉ￣￣Ｈ??１??Ａｇｇｒｅｇａｔｅ?／?Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ?ＬＶＤＴ??Ｍｏｒｔａｒ?＾??Ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ?＾?■?Ｃｉｒｃｕｌａｒ?Ｂａｓｅ?Ｐｌａｔｅ??Ｐｕｓｈ－ｏｕｔ?Ｈｏｌｅ?．??Ｆｉｘｅｄ－Ｓｔｅｅｌ?／／??Ｂａｓｅ??＼??＿＿＿＿＿?＿＿＿＿＿??图１．５骨料推出实验装置示意图??伴随着试验设备的进步，混凝土细观力学试验也得到了进一步完善。目??前，纳米压痕、声发射（ＡＥ）、背散射电子（ＢＳＥ）和扫描电子显微镜（ＳＥＭ）己??成为研究ＩＴＺ的重要手段。利用这些手段，ＢｏｓｑＵｅ［２７］研究各类再生骨料和ＩＴＺ??的力学特性，分析ＩＴＺ对再生混凝土宏观力学性能的影响，发现ＩＴＺ的弹性??模量与混凝土中夹杂物的类型有关；ＶａｒｇａＳ［２８］研究了轻集料的密度、孔隙率、??形态等物理性质对ＩＴＺ的细观结构和厚度的影响
【参考文献】：
期刊论文
[1]骨料级配对二维模型混凝土单轴抗拉强度影响的理论研究[J]. 李冬,金浏,杜修力,杜敏. 工程力学. 2017(06)
[2]考虑骨料级配的混凝土有效弹性模量预测模型[J]. 李宗利,邓朝莉,张国辉. 水利学报. 2016(04)
[3]界面过渡区对混凝土动态力学行为影响分析[J]. 杜修力,金浏. 地震工程与工程振动. 2015(01)
[4]混凝土细观力学性质对宏观断裂过程影响的数值试验[J]. 朱万成,唐春安,滕锦光,赵文. 三峡大学学报(自然科学版). 2004(01)
[5]二维混凝土随机骨料模型研究[J]. 高政国,刘光廷. 清华大学学报(自然科学版). 2003(05)
本文编号：3263447
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