混凝土细观力学数值分析研究

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1、分类号：TU528．1题目英文并列题目f扩zt3了(7D单位代码：学号：密级：北京工业大学硕士学位论文10005$200704157公开ResearchonNumericalSimulationofConcreteBasedonMeso．mechanics研究生姓名：置塞专业：±丕工程研究方向：湿趟±塑笾断裂．导师姓名：塾丝力职称：熬攮论文报告提交日期2Q!Q：5学位授予日期授予单位名称和地址jE室王些盔堂jE塞立塑塑匡±丕垦!QQ曼独创性声明JIIIIIrllllIrIIIIIY1788870本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行

2、的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以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，也不包含为获得jE塞王些太堂或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。’j签名：々她日期．≯∽石∥关于论文使用授权的说明本人完全了解jE塞工些太堂有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的论文在解密后应遵守此规定)签

3、名：专玺导师签名：桫吼～e／摘要混凝土是一种高度非均质的复合材料，以往对混凝土材料力学性能的研究多偏重于把混凝士看成一种均质、连续的材料从宏观角度进行研究。但该方法不能得到混凝土中骨料的随机分布以及裂纹的发展对混凝土力学性能的影响，而从细观层次研究混凝土可以克服这个问题，能够顺利揭示出混凝土材料的变形和破坏机制。本文从细观层次出发，将混凝土看成由骨料、砂浆以及两者之间的粘结带所组成的非均匀三相复合材料，建立起全级配混凝土的随机骨料模型，采用修正的分段曲线损伤模型来描述细观单元的损伤退化，破坏准则选用最大拉应变准则。加载方式采用修改刚度对角

4、元素的位移增量控制方法进行。选用FORTRAN语言，编制了相应的非线性有限元程序对全级配混凝土试件的宏观力学性能进行了数值分析。论文的工作具体可以分为以下几个部分：．1、为解决数值计算过程中出现负刚度现象而导致的迭代计算不收敛，作者提出了一种新的算法，即修改刚度矩阵对角元素的位移增量控制方法。2、对二维全级配混凝土立方体试件进行了单轴拉伸和压缩试验。得到了二级配、三级配和四级配混凝土试件的单轴拉伸、单轴压缩的应力应变全过程曲线。将数值试验得到的试件的抗拉、抗压强度与参考文献中给出试验结果进行对比，发现两者的结果吻合较好。另外试件的强度随着

5、试件尺寸和级配的增大而减小，符合尺寸效应规律。3、用双折线损伤模型描述细观单元的损伤退化，对二级配混凝土试件分别进行了单轴拉伸和压缩试验，并将其得到的拉伸压缩应力应变全曲线与采用修正的分段曲线损伤模型得到的应力应变曲线进行了对比分析。4、对二维全级配混凝土梁试件进行了弯曲拉伸试验。同样得到了混凝土梁试件的弯曲应力应变全曲线。其试件的抗弯强度与试验结果相差不大。根据二级配混凝土梁的裂纹扩展图，分析了梁的弯曲破坏过程。5、对混凝土三维模型的建立做了初步探讨。根据蒙特卡洛方法和被占区域剔除法，编制相应的程序实现了全级配混凝土试件骨料的投放，运用

6、MATLAB软件实现了模型的可视化。另外编制了6面体单元网格剖分程序，对建立好的全级配混凝土试件三维模型进行了网格剖分，并运用飞箭软件中的GID软件平台实现了细观单元的可视化。关键词：全级配混凝土随机骨料模型分段曲线损伤模型位移增量控制方法北京工业大学工学硕士学位论文ABSTRACTConcreteisahighlyinhomogeneouscompositematerial．Inthepastresearchesonmechanicalpropertiesofconcretematerial，theconcreteiSassumedas

7、ahomogeneousandcontinuousmaterialfromthemacroscopicviewpoint．However，thisassumptioncannotstudytheeffectoftherandomdistributionofaggregatesinconcreteandthedevelopmentofcracksonthemechanicalpropertiesofconcrete．Theresearchonconcretefrommesoscopiclevelcanovercomesuchproblem．

8、andcaneffectivelyrevealthedeformationandfailuremechanismofconcretematerial．Fromthemesoscopicleve