296 / 2019-09-29 12:15:25

基于细观尺度的混凝土损伤破坏数值模拟

混凝土；随机骨料模型；细观损伤；数值模拟

计算流体力学、多场耦合、生物力学、动力学等 > 多尺度建模与分析

将混凝土看作骨料、砂浆及两者界面层组成的三相非均质复合材料，首先基于Matlab自编程序优化混凝土骨料的随机生成及投放算法，建立混凝土细观结构有限元模型，并基于混凝土各细观组分材料弹性损伤本构关系，选用双折线损伤演化模型，通过弹性模量的折减变化来描述混凝土材料在逐级加载过程中的裂纹扩展过程及破坏形态，反映试件损伤断裂的破坏机理；然后进行混凝土试块的轴心受压破坏实验，并利用ANSYS软件对混凝土试块进行静载条件下单轴受压实验过程的数值模拟，结合宏观实验损伤破坏形态图和细观模拟结果共同研究单元损伤变化对混凝土材料破坏过程的影响。通过逐步加载计算得到的数值结果表明，数值模拟的破坏过程与实验试块破坏的扩展过程具有相似性，数值模型能较好地模拟混凝土的不均匀性与各向异性，该混凝土细观结构有限元模型及弹性模量折减法模拟损伤的方法是有效的；其次，混凝土三相组分中，界面层是混凝土材料中最薄弱的部位，受压时最先发生损伤直至破坏，水泥砂浆次之，骨料部分最难发生损伤破坏；混凝土损伤破坏是由骨料的随机分布和各组分材料力学性能的不均匀性引起的，其破坏过程就是微裂纹萌生、扩展、贯通，直到产生宏观裂缝，最后导致混凝土失稳破裂的过程。