混凝土动态破坏过程的细观数值方法研究

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1、硕士学位论文混凝土动态破坏过程的细观数值方法研究MesoscaleModelingontheDynamicFailureProcessofConcrete学号：21106049大连理工大学DalianUniversityofTechnology大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法

2、律责任。学位论文题目：立篷塾边查型：丝熊!塑鲨邀殖乏送颦窒夕作者签名：j阻幽奠一日期：卫生年』月上日大连理工大学硕士学位论文摘要宏观层次上混凝土属于各向同性材料，但在细观层次上，可视为由粗骨料、砂浆以及二者界面组成的三相非均质复合材料。试验研究表明，混凝土是一种典型的率敏感材料，不同应变率水平下存在不同的强度增长机制。本文从混凝土细观结构出发，提出了适用于混凝土动态受力分析的细观刚体弹簧元(ragedBodySpringModel，RBSM)方法。通过建立混凝土细观各相组成材料的粘弹粘塑性损伤本构模型，充分考虑Stefan效应在中低应变率水平下对混凝土力学性能的影响规律，模拟了混凝土的动态强度

3、增长规律。具体的研究内容及结论如下：(1)从随机骨料模型的生成、细观刚体单元的划分、刚体弹簧元模型的建立、弹簧单元的本构模型等四个方面，系统总结了细观刚体弹簧元的理论框架；整理分析了现有主要的细观力学模型类型；简要评述了近几年国内外的研究进展和主要理论成果。(2)研究、评述了学术界对混凝土动态力学性能的理论分析，认为混凝土的率敏感性为材料的固有性质，主要由混凝土中自由水的粘性以及材料的惯性效应引起。建立考虑混凝土率敏感性的粘弹粘塑性损伤本构模型，应用细观刚体弹簧元方法模拟了混凝土材料的率效应及破坏形态，并确定了模型参数取值。(3)应用本文建立的粘弹粘塑性损伤本构模型，开展了10弓／s~10‘1

4、／s五个数量级的加载速率下混凝土试件的单轴抗拉、单轴抗压动态加载试验的数值模拟分析，并讨论了主要模型参数对混凝土动态力学性能的影响规律。数值计算结果表明，混凝土的单轴强度随应变率的增大而提高，且在单轴抗拉中表现更为显著。与现有的混凝土静、动态强度试验数据及数值模拟结果比较表明，该模型能够较好地反映混凝土强度随应变率的变化规律，较好地模拟了混凝土动态加载下的破坏形态。(4)采用细观刚体弹簧元方法，应用粘弹粘塑性损伤本构模型，模拟了混凝土试件的动态劈裂加载试验。本文以10-S／s～100／s五个数量级的加载速率模拟地震荷载作用下混凝土的劈裂强度随加载速率的影响规律，同时研究了不同试件尺寸、不同垫片

5、宽度对混凝土动态劈裂强度的影响。数值模拟结果表明，混凝土的动态劈裂强度随应变率增加而提高，随试件尺寸增大而减小，随垫条宽度增大而增大。(5)建立的混凝土动态本构模型在单轴受力状态下显示出良好的模拟效果，数值结果证明，该模型对于双轴受力状态仍然适用。本文开展了四种不同恒定侧拉力作用时混凝土的动态双轴拉压数值模拟分析，数值结果表明：双轴拉压加载下混凝土的抗压强混凝土动态破坏过程的细观数值方法研究度随应变率的增大而提高，随侧拉力的增加而降低。分析了不同侧拉力下混凝土的破坏机理，认为随着侧拉力的不断增大，混凝土的破坏由受压破坏转为受拉破坏。关键词：混凝土细观力学；刚体弹簧元；粘弹粘塑性；本构模型；St

6、efan效应；应变率；动态破坏大连理工大学硕士学位论文MesoscaleModelingontheDynamicFailureProcessofConcreteAbstractConcreteisgenerallyrecognizedasallisotropicmaterialatmacrolevel，butatthemesolevel，itisusuallytreatedasaheterogeneousthree-phasecompositematerialconsistingofcoarseaggregate，mortarandtheinterfacialtransitionzone(IT

7、Z)betweenthem．Moreover，experimentalresearchshowsthatasatypicalrate-sensitivematerial，therearevariousphysicalmechanismsthatshapethestrengthincreasingbehaviorofconcrete．Inthecurrentpaper，consideringthei