数值混凝土模型的改进及其细观力学特性研究

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1、西安理工大学硕士学位论文数值混凝土模型的改进及其细观力学特性研究姓名：梁昕宇申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：党发宁20080301摘-t-论文题目：数值混凝土模型的改进及其细观力学特性研究学科专业：岩土工程研究生：梁昕宇。签名：，指导老师：党发宁教授签名：摘要本文在细观力学的基础上将损伤力学和计算力学相结合分析混凝土试件在静、动力荷载作用下的变形、损伤和破坏过程。分别选用非线性弹性本构模型和等效粘弹性本构模型，对大型商业有限元软件ANSYS进行了二次开发，建立了三维细观数值混凝土模型，研究

2、混凝土的静、动力力学性能，和影响细观混凝土强度和变形的部分因素。本文的工作具体可以分为以下几个部分：(1)本文在前人研究的细观数值混凝土模型的基础上，对混凝土数值模型进行改进，克服了原模型的以下缺点：模型的界面厚度较大，计算结果可靠性低；细分单元会产生巨大的单元数量，受到微机计算能力的限制；采用生死单元法杀死已破坏的单元，在模型中形成了空洞区而不是裂纹区；单元划分后计算时骨料体积比划分前体积有所减小。为了解决这些问题，在改进的数值混凝土模型中把混凝土看成是由骨料、砂浆组成的二相复合材料体，用蒙特卡罗

3、方法随机产生骨料的位置，建立混凝土三维随机分布数学模型；将两种材料所有的黏结面用接触单元进行模拟，编制相应的命令程序。改进的混凝土数值计算模型，不仅可以较好地使混凝土数值模型更接近于实际物理模型，而且大大提高了计算速度。对改进后的混凝土数值模型和原模型进行比较，分析可得改进的模型克服了原模型裂纹空洞区大的弊端，而计算模拟的混凝土抗压强度与原模型的基本一致。(2)混凝土试件的尺寸效应和粒径效应对试验结果的影响是值得关注的问题，分析前人数值模拟的计算结果可得，混凝土在承受逐级增大的荷载时产生的不均匀变形

4、和应力是由混凝土材料的不均匀性产生的。本文建立配合比相同随机骨料位置不同的七个混凝土试件模型，在其顶部施加相同的均布荷载，通过不断改变骨料与试件半径之间的比例，并且对七个混凝土数值模型分别进行七步逐步加载，分析骨料随机位置以及骨料半径和试件半径的比例对细观混凝土的强度和变形的影响。得出尺寸效应比例系数不同，计算结果的离散程度不同。比例系数越小，计算结果的离散程度越大。建立了根据试验精度要求控制试样尺寸效应比例系数的数学模型。(3)本文选取第三章所建立的混凝土模型之一，施加不同形式的动力荷载，即冲击荷

5、载和正弦波荷载，数值模拟混凝土的动力学性能；在冲击荷载计算中，以240．1N／s为准静态加载率，进行不同加载率的数值模拟，计算分析混凝土模型在动荷载作用下起裂点数目的变化，并由此来研究混凝土动强度比静强度高的原因，以及加载率珂混凝土试件的动力学性能的影响情况。西安理工大学硕士学位论文一——————————————————————————————————————————————————————————一关键词：数值混凝土，损伤演化，接触单元，尺寸效应，动力加载本文研究得到国家自然科学基金面上项目(编号

6、：50679073)的资助本文研究得到国家自然科学基金重点项目(编号：90510017)的资助本文研究得到国家自然科学基金重点项目(编号：10372078)的资助ⅡAbstractTitle：THElMPROVEMENTOFNUMERlCALMoDELONCoNCRETEMESo-MECHANIGSANDTHESTUDY0FITSDYNAMICPROPERTIESMajor：GeotechnicalEngineeringName=XinyuUANGSignature：Supervisor：Prof．

7、FaningDANG．Signature：AbstractInthispaper,theconcretespecimenperformanceofdistortion，damageandfailureunderthestaticanddynamiceffectionwereanalyzedinthemethodcombinedthedamage-mechanicaandcomputationalmechanicsbasedonthemeso-mechanics．theelasticdamagecon

8、stitutiveandtheequivalentviscoelasticconstitutivewelx：used．thestaticanddynamicperformancesofconcreteonmeso-mechanicsandthefactorswhichinfluencedthestrengthanddistortionofconcreteonmeso-mechanicswerestudiedbymeansofthesoRware--ANSYSdevel