混凝土冻融破坏的数值模拟研究

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1、硕士学位论文混凝土冻融破坏的数值模拟研究NUMERICALSIMULATIONOFFREEZE-THAWDAMAGEOFCONCRETE颉玉龙哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：U414学校代码：10213国际图书分类号：625密级：公开工学硕士学位论文混凝土冻融破坏的数值模拟研究硕士研究生：颉玉龙导师：郑秀华副教授申请学位：工学硕士学科：交通运输工程所在单位：交通科学与工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:U414U.D.C:625Disser

2、tationfortheMasterDegreeinEngineeringNUMERICALSIMULATIONOFFREEZE-THAWDAMAGEOFCONCRETECandidate：XIEYulongSupervisor：Assoc.Prof.ZhengXiuhuaAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：TransportationEngineeringSchoolofTransportationScienceAffiliatio

3、n：andEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要对混凝土冻融破坏的研究，以往的数值模拟方法总是停留于宏观层次，认为混凝土是均质连续材料，造成模拟结果的较大误差。近些年来国内外的学者们开始通过基于随机数学和统计学原理来建立混凝土细观模型，但其仍与实际混凝土结构有较大差别。因此，建立混凝土三维细观真实模型，在混凝土冻融破坏数值模拟研究方

4、面具有一定的意义。针对这一现状，本文采用微焦点工业CT成像技术，对混凝土结构进行扫描生成二维断层图像，通过一系列图像预处理步骤后利用局部阈值分割法分割图像，从而分离识别出混凝土中的集料、砂浆、界面过渡区和孔隙。在医学影像处理软件MaterialiseMimics中重构得到混凝土三维细观几何模型。通过试验方法确定模型中各组成部分的材料参数。对不同水灰比和含气量下混凝土试件进行快速冻融试验，测其质量损失、相对动弹模量和抗压强度的变化情况。将混凝土三维细观几何模型导入有限元软件COMSOLMultiphysics

5、中，对冻融破坏的达西渗流、热传导和力学三个控制微分方程进行求解，赋予其各属性参数，进行网格划分，设定冻融循环模拟温度，模拟混凝土冻融破坏过程。对不同水灰比和含气量下混凝土模型在冻融循环作用下的应力应变分布进行研究，分析水灰比和含气量对应力应变分布的影响。模拟得到在不同冻融次数下各混凝土模型的抗压强度和动弹模量的变化情况。与实际冻融试验结果对比后发现，在同一水灰比和含气量下，冻融次数相同时本数值模拟结果比试验结果略高，误差总体在10％以内。在不同水灰比和含气量下，随着冻融次数增加，混凝土抗压强度和相对动弹模量

6、模拟值变化规律与试验结果规律相似。该数值模拟弥补了冻融试验的缺陷，为混凝土冻融破坏分析提供了一种新的方法验证了本数值模拟方法的可行性和正确性。关键词：冻融破坏；三维细观模型；数值模拟；水灰比；含气量-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文ABSTRACTOnthestudyofthefreeze-thawdamageofconcrete,thepreviousnumericalsimulationmethodalwaysstaysatthemacroscopiclevel,anditisconsideredth

7、attheconcreteisahomogeneouscontinuousmaterial,resultinginlargeerrorsinthesimulationresults.Inrecentyears,scholarsathomeandabroadhavebeguntoestablishconcretemeso-scalemodelsbasedonstochasticmathematicalandstatisticalprinciples,buttheyarestillquitedifferentf

8、romactualconcretestructures.Therefore,theestablishmentofconcretethree-dimensionalmesoscopicrealmodel,hasacertainsignificanceinthenumericalsimulationoffreeze-thawdamage.Inviewofthissituation,thispaperadoptsthe