预制弯折裂缝混凝土试件复合型断裂试验研究和数值模拟

发布时间：2017-08-30 20:37

  本文关键词：预制弯折裂缝混凝土试件复合型断裂试验研究和数值模拟

  更多相关文章： 混凝土 复合型断裂 三点弯曲梁 起裂断裂准则 数值模拟

【摘要】：混凝土作为一种人工合成的多向复合材料,其力学特性与裂缝扩展密切相关。由于在混凝土结构浇筑以及养护过程中混凝土内部随机形成的缺陷与微裂纹,以及外荷载的影响,从而导致其破坏过程非常复杂。虽然对混凝土断裂的研究已经得到越来越多学者的重视,也取得了一定成果,但对于混凝土断裂的研究仍然处于初级阶段,还有许多问题未得到解决。相对于研究更加成熟的Ⅰ型断裂,在实际工程中,混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂更为常见。因此对于Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝的起裂、扩展、失稳过程,都是研究的重点。为了进一步研究混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝断裂扩展过程,本文主要开展了以下研究工作：1、混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂起裂准则的试验研究采用三点弯曲梁试验,通过在跨中直裂缝尖端弯折不同角度的与直裂缝相同长度的弯折裂缝,对Ⅰ-Ⅱ复合型断裂荷载-位移全过程曲线进行研究,并考虑缝高比(0.2、0.3、0.4、0.5)和弯折角度(22.5°、45°、67.5°、90°)的影响,获得了完整的P-CMOD曲线和P-δ曲线。采用电阻应变片法测得起裂荷载,采用ANSYS有限元软件计算了不同试件裂缝尖端起裂对应的应力强度因子K1、KⅡ,得到了混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝起裂断裂准则；2、混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝断裂扩展过程数值模拟运用大型通用有限元软件ANSYS,当外荷载与粘聚力共同作用产生的应力强度因子大于混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝起裂方程时裂缝扩展作为扩展准则,对预制弯折裂缝的混凝土三点弯曲梁裂缝扩展过程进行了数值模拟计算。采用试验得到的材料参数和根据试验结果拟合得到的起裂断裂准则,模拟了混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂的起裂荷载、峰值荷载、P-CMOD全曲线、P-CMSD全曲线,并与试验结果进行了对比,分析比较了不同初始缝高比与不同弯折角度对混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝尖端应力强度因子的影响。
【关键词】：混凝土 复合型断裂 三点弯曲梁 起裂断裂准则 数值模拟
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU528
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-27
• 1.1 研究背景与意义9-10
• 1.2 断裂力学在混凝土中的应用10-17
• 1.3 混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂准则的研究进展17-22
• 1.4 混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂数值模拟研究进展22-26
• 1.4.1 分离裂缝模型23-24
• 1.4.2 弥散裂缝模型24-26
• 1.5 本文主要研究内容26-27
• 2 混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝起裂准则的试验研究27-54
• 2.1 引言27
• 2.2 试验设计27-30
• 2.2.1 试件形式27-30
• 2.2.2 混凝土配合比及基本力学性能30
• 2.3 试验装置及测点布置30-32
• 2.3.1 试验装置30-31
• 2.3.2 测点布置31-32
• 2.4 断裂参数的计算32-36
• 2.4.1 电测法确定起裂荷载32-35
• 2.4.2 断裂能35-36
• 2.5 试验结果分析36-51
• 2.5.1 试件的破坏形式36-39
• 2.5.2 应力强度因子的计算39-45
• 2.5.3 P-CMOD与P-δ曲线45-50
• 2.5.4 缝高比与弯折角度对K_Ⅰ/K_(Ⅱ)的影响50-51
• 2.6 Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝起裂准则的拟合51-53
• 2.7 结论53-54
• 3 混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝扩展的数值模拟54-70
• 3.1 引言54
• 3.2 混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝扩展准则54-58
• 3.2.1 混凝土的软化本构关系54-56
• 3.2.2 混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂裂缝扩展准则56-58
• 3.3 数值计算基本原理及实现过程58-65
• 3.3.1 应力强度因子的计算方法58-60
• 3.3.2 数值模拟计算流程60-65
• 3.4 模拟计算结果与试验结果的比较与分析65-69
• 3.4.1 数值计算结果与试验结果比较65-67
• 3.4.2 P-CMOD全曲线的对比67-69
• 3.5 结论69-70
• 4 结论与展望70-72
• 4.1 结论70
• 4.2 展望70-72
• 参考文献72-76
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况76-77
• 致谢77-78

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本文编号：761365