细观裂纹扩展致混凝土材料与结构失效的多尺度分析方法

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1、来兩扛參硕壬学位论文细观裂纹扩展致混凝±材料与结构失效的多尺度分析方法；工涯力学专业名称研究生姓名：导师姓名：宰兆巧教巧本文研巧工作获国家自然科学基金面上项目（１１０７２０６０）资助－ＭｕｌｔｉｓｃａｌｅＡｎａｌｙｓｉｓｏｎＣｏｎｃｒｅｔｅＭａｔｅｒｉａｌａｎｄＳｔｒｕｃｔｕｒｅＦａｉｌｕｒｅＤｕｅｔｏ＞－ｃｍｃｋｓｒｏｗＭｃｓｏＧｉｎｇＡＴｈｅｓｉｓＳｕｂｍｉｔｅｄ化ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＦｏｒｔｈｅＡｃａｄｅｍｉｃＤｅｇｒｅｅｏｆＭａｓｔｅｒｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

2、ＢＹＷａｎｇＫａｎｇＳｕｅｒｖｉｓｅｄｂｐｙＰｒｏｆ，ＬｉＺｈａｏｘｉａＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｉｖＵＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｏ山ｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＪｕｎｅ２０１５东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进巧的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加ｙ标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，一也不包含为获得东南大学或其它教育化构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研巧生签名：日

3、期：訓东巧大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研巧所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档、。，可Ｗ采用影印缩印或其他复制手段巧存论文本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可Ｗ公布（包括Ｗ电子信息形式巧登）论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布（包括Ｗ电子信息形式刊登）授权东南大学研巧生院办理。研巧生签名—导师签名：堪！期：３ｉｔ摘要摘要一种复合材料一混凝止是由水泥砂浆基质与骨料姐成的，在宏观尺度下分析时般将其假设为连续均匀的固体。，忽略材料内

4、部在细观尺度下存在的大量细观裂纹这堅巧观裂纹主要分布在基质与骨料之间的界面上，在混凝王材料和结构服役过程中会发生裂纹跨尺度扩展。因此，海凝±材料与结构的失效是Ｗ这些细观裂纹为主导的损伤从细观尺度到宏观尺度的跨尺度演化导致的。基于混凝±材料细观结构艳性和失效机理？，对ｙ细观裂纹扩展为主导的材輯损伤跨尺度演化致混凝王结构失效的过程进行分析，进而探讨损伤跨尺度演化对巧凝±构件与结构宏观力学性能的影响，是研巧混凝±损伤演化过程和失效机理的关键。本文从混凝王材料损伤与破坏机理出发，基于混凝止细观裂纹扩展模型和数值分析方法，分别模拟分析了在泡凝王材料、构件、结构层次上损伤

5、跨尺度演化敦失效的过程，探讨了损伤跨尺度演化对巧凝±材料、构件、结构的不同层次上宏、组观力学性能的影响。本文完成的主要工作及成果有：１．应用断裂力学和损伤力学的概念、方法分析了不同尺度下混凝±材料损伤与破坏的特征；在对比分析了现有的各种海凝止材料细观模型的基础上，选择了从海凝±失效机理出发的细观多裂纹模型作为本文数值分析研究的工具。应用细观多裂纹模型，首先计算分析了细观裂纹主导的损伤跨。在验证了模型有效性的基础上、尺度演化致混凝上材料失效的过程，结含宏细观损伤分析方法定量分析了损伤跨尺度演化过程。，并对不同配合比的混凝±试样进行了单轴拉伸过程的数值模拟研究

6、结果表明，海凝王在单轴拉伸作用下材料内部基质与骨料之间的界面上的细观裂纹经历了分布式生杉、细观裂纹聚合、宏观裂纹形成与扩展、发生断裂的损伤跨尺度演化过程，与之同时试样的宏＾观力学响应则对应地经历了线弹性响应阶段、非线性强化阶段、软化阶段和应变跳回（Ｓｎａｂａｃｋ）ｐ、，现象；通过Ｗ损伤导致有效承载面积减少的方式建立宏细观损伤变量之间的联系揭示了损伤演化的非线性串级发展过程巧其对混凝±材料宏观力学性能的影响，，发现随着损伤的增加混凝±材料变形的延展性増大。，强度减小，破坏模式起复杂２．在损伤演化致潘凝±材料失效分析的基础上，进而计算分析了受弯海凝±构件损伤跨尺度演

7、化致失效的过程。分别对含辆始宏观裂纹和不含初始宏观裂纹的漏凝王梁损伤受弯曲变形过程进行数值分析，建立了受弯混凝上构件损伤演化的多尺度模拟方法并进行了尺寸效应对混凝止梁力学性能影响的数值试验；基于混凝±疲劳破坏机理和简化的Ｐａｒｉｓ疲劳裂纹扩展准则，改进了源凝王材料细观多裂纹模型并进行了混凝±梁疵劳裂纹扩展的数值试验。研究结果表明，在混凝±梁构件中，Ｗ细观裂纹扩展为主导的损伤跨尺度演化首先引起局部较不利位置混凝王材料