混凝土随机骨料结构在非线性有限元分析中的应用

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1、学兔兔www.xuetutu.com2010年第7期(总第249期J混凝土理论研究Number7in2010(TotalNo．249)ConcreteTHEORETICALRESEARCHdoi：10．39698．issn．1002—3550．2010．07．007混凝土随机骨料结构在非线性有限元分析中的应用邱志章’。王宗敏(1．浙江省水利河口研究院，浙江杭州310020；2．郑州大学，河南郑州450001)摘要：在细观层次上，混凝土被认为是由粗骨料、砂浆以及它们之间的黏结带组成的三相非均质复合材料，这种复合材料的性质可通过混凝土细观随机骨料结构来模拟。

2、提出一种适合于细观研究的非线性有限单元法，采用结合抗拉强度和开裂韧性的综合破坏准则，允许裂缝扩展时缝尖单元进行应力重分布，并用控制位移增量迭代法揭示混凝土峰值后的软化行为。随后用这一方法仿真模拟混凝土在单轴受拉和单轴受压时的整个加载过程，在细观层次研究的基础上揭示了混凝土的宏观性能。关键词：细观层次；随机骨料结构；非线性有限单元法；破坏准则；ANSYS中图分类号：TU528．叭文献标志码：A文章编号：1002—3550(2010)07—0022—03Applicationofconcreterandomaggregatestructureinnonlin

3、earfiniteelementanalysisQIUZhi-zhang，WANGZong-min(1．ZhejiangInstituteofHydraulics&Estuary，Hangzhou310020，China；2．ZhengzhouUniversity，Zhengzhou450001，China)Abstract：Concreteisacompositematerialwitl1athree-phaseofinhomogenitiesinmesoscopicleve1．Itisconsistingofcoarseaggregate、morta

4、rmatrixandinterfacialzonesbetweenthecoarseaggregateandthemortarmatrix．Usingrandomaggregatestructurethatresemblesthemesoscopicstructureofconcretecansimulatethebehaviorofthismateria1．Anonlinearfiniteelementmethodsuitableformesoscopicstudyofconcreteisde—veloped．Afailurecriterioncomb

5、iningtensilestrengthandfracturetoughnessisadopted．Stressreliefascrackspropagateisalsoallowed．Anincre—mentaldisplacementcontrollediterativeschemethatcandealwithpost-peakbehaviorisemployed．Themethodisappliedtosimulatetheprocess．ofrealconcretetrialunderaxialstrainandaxialstress．Itob

6、tainssomebehaviorsofmacroscopicconcretebystudyingatmesoscopicleve1．Keywords：mesoscopiclevel；randomaggregatestructure；nonlinearfiniteelementmethod；failurecriteria；ANSYS’罗原理，基于“取和放”方法嗍，编程产生骨料颗粒大小、形状及0引言空间分布各异，但类似真实混凝土的RAS。其次，对该结构划分在过去长期的研究中，人们为了研究上的方便，往往忽略细观有限元网格。本文借助大型有限元分析软件ANSYS

7、的前混凝土复杂的内部结构，在对材料宏观本构关系描述中，采用处理功能及APDL参数化设计语言，分别生成骨料面、砂浆面唯象学的观点，把它们平均化和均匀化为宏观均匀连续体，并以和黏结带(包裹着粗骨料，且具有可控制厚度的界面区域)。再试验结果为基础发展了弹性、弹塑性以及黏弹塑性的混凝土本用三结点三角形单元划分骨料面、砂浆面及黏结带单元，分配构模型[1]。但是，这些模型无法深人了解混凝土在外力作用下内不同的材料属性给相应的单元，这样便生成可以进行有限元分部微裂纹萌生、扩展及其贯通，直至宏观裂纹形成，促使试样失析的RAS细观网格，如图1所示。稳破裂的整个过程，更无法

8、反映混凝土断裂过程中表现出来的变形局部化和应力重分布等基本特征。事实上，材料的宏