混凝土断裂过程的细观力学有限元模拟研究.pdf

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1、硕士学位论文混凝土断裂过程的细观力学有限元模拟研究INVESTIGATIONONFRACTUREPROCESSOFCONCRETEBYMICROMECHANICALFINITEELEMENTMODELING冯魁元哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TB303学校代码：10213国际图书分类号：624密级：公开工程硕士学位论文混凝土断裂过程的细观力学有限元模拟研究硕士研究生：冯魁元导师：李东风申请学位：工程硕士学科：建筑与土木工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TB303U.D.C:624Diss

2、ertationfortheMaster’sDegreeofEngineeringINVESTIGATIONONFRACTUREPROCESSOFCONCRETEBYMICROMECHANICALFINITEELEMENTMODELINGCandidate：FengKuiyuanSupervisor：LiDongfengAcademicDegreeAppliedfor：Master’sDegreeofEngineeringSpeciality：ArchitectureandCivilEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDa

3、teofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要混凝土材料广泛应用于建筑工程，桥梁工程等领域，随着建筑结构和建筑技术的发展，对混凝土材料破坏的控制要求越来越高，因此研究混凝土的断裂破坏机理对相关工程领域有重要意义。目前，工程中混凝土断裂的研究大部分都是基于宏观唯象本构，将混凝土材料理想化为均质体，缺乏对混凝土微观变形和破坏机理的考虑。本文基于三相细观力学模型，各项组分采用不同本构，系统地研究了混凝土各相材料的力学性能对混凝土材料宏微观性

4、能的影响。根据富勒级配曲线和蒙特卡洛随机原理，本文建立二维随机圆形骨料代表性体元细观力学模型，对交界面、砂浆基体、骨料三种组分进行了明确的考虑,来分析混凝土的多尺度变形和破坏行为。针对交界面厚度、骨料数量和网格收敛性等方面对模型进行校准，并与真实尺寸模型作对比，验证其合理性。本文对交界面采用粘结单元本构，对砂浆基体采用损伤塑性本构，对骨料采用弹性本构和损伤塑性本构。细观力学模型中各组分的材料参数通过将模拟结果与试验结果对比来标定。本文采用均匀化的方法多尺度分析混凝土断裂行为,建立拉伸荷载作用下宏观抗拉强度和砂浆抗拉强度及交界面抗拉强度的函数关系，和建立拉伸荷载作用下宏观软化系

5、数与砂浆基体软化系数的函数关系。同时建立压缩荷载作用下宏观抗压强度和砂浆抗压强度、砂浆抗拉强度及交界面抗拉强度的函数关系。另外，根据该模型，本文系统地分析了混凝土材料的裂纹产生及扩展的过程与微观结构和各组分性能之间的关系，并找出骨料是否发生破坏的分界线。还研究了双轴拉伸状态下，混凝土宏观抗拉强度与裂纹之间的关系。关键词：细观力学模型；代表性体元；损伤塑性；粘结单元；多尺度I哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractConcretematerialhaswidelybeenusedinconstructionengineeringandbridgeengineering.W

6、iththedevelopmentofbuildingstructureandbuildingtechnology,thedemandforcontrolofconcretematerialdamageisgettinghigherandhigher.Therefore,thestudyofconcretefracturemechanismisofgreatsignificance.Moststudiesarebasedonthephenomenologicalconstitutiverepresentationfortheinelasticmaterialresponset

7、oinvestigatethemicro-mechanicalductilefailure.Itissomewhatinlackofconsiderationsofthe.micro-deformationandfailuremechanismofconcrete.Basedonthethree-phase(differentconstitutivemodelforeverysinglephase)micro-mechanicalmodel,thepresentworksystematicallystu