基于细观模型的泡沫填充混凝土力学性能的数值模拟

发布时间：2020-07-01 15:36

【摘要】：现代土木工程中，高耸大跨建筑物以及各种新型特种结构日益增加，表观密度过大的传统混凝土逐渐无法适应新形势下的建筑工业。在这一背景下，发展高性能轻质混凝土，将成为当代建筑材料领域的研究热点。近年来，轻质泡沫混凝土材料应运而生，在国内土木领域也得到了广泛应用。其中，应用于飞机阻拦系统的吸能材料EPS泡沫填充混凝土，备受研究者的关注，研究者正试图通过各种研究手段认识EPS泡沫填充混凝土。于是，国内外各学者对EPS泡沫填充混凝土的组分构成以及其力学性能的研究也越来越深入，研究者不再满足于将其描述为宏观的均匀物体，而是从细观结构的角度出发，试图借助计算机建立EPS泡沫填充混凝土非均匀细观结构的数值仿真模型，更加详细地研究其力学性能以及破坏机理。基于课题组多年来对细观结构的研究基础，本文通过数值仿真模拟，对EPS泡沫填充混凝土的力学性能进行了深入的研究。首先，解决了EPS泡沫在混凝土中的分布问题，基于不同的假设，提出了两种细观结构模型，分别为随机细观结构模型与规则细观结构模型。运用Matlab编制程序，获取了描述此两种细观结构模型的几何参数（EPS泡沫的半径以及圆心坐标），以此作为输入数据，借助C++编制程序，生成了自动生成描述细观结构模型的APDL程序，在ANSYS中成功地建立了细观结构的几何模型.本文同时解决了高体积含量EPS填充泡沫混凝土细观模型生成问题。其次，借助ABAQUS的显式动力分析法，在数值建模方法上分析EPS颗粒位置分布和EPS颗粒对EPS泡沫填充混凝土的力学性能的影响。接着选取合适的细观结构模型进行准静态压缩数值模拟，研究了EPS体积含量和EPS颗粒粒径对EPS泡沫填充混凝土细观结构模型力学性能的影响。数值分析结果显示：EPS颗粒位置分布对其弹性模量影响不大，但EPS颗粒规则分布模型相对于EPS颗粒随机分布模型，其抗压强度值、平台应力值、吸能能力均偏大（强）；EPS颗粒对其弹性模量和抗压强度值影响不大，而EPS填充模型相对于泡孔单相模型，其平台应力值、吸能能力均偏大（强）；随着体积含量的增加，其弹性模量，抗压强度，平台应力以及吸能能力均呈现下降趋势；随着EPS颗粒粒径的增大，弹性模量和抗压强度均呈现下降趋势，而平台应力值都则表现出增大的趋势，吸能能力则变化不大。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU528.2
【图文】：

材料实验,方程拟合,应力应变曲线,屈服行为

图 3-5 EPS 材料实验与方程拟合对比的应力应变BAQUS 里自带的 crushable foam 塑性模型能够缩屈服行为[60-65]，这种材料一般能量吸收能力为，运用线弹性材料的参数来确定线弹性行为

加载条件,砧板

行准静态压缩试验时，下砧板是固定不动的，通过上砧板的匀速运动对试为了模拟这一加载条件，约束下砧板参考点的所有自由度，而让上砧板的下运动，并约束上砧板参考点其它的所有自由度，中间是 20mm×20mm充混凝土规则分布模型或随机分布模型。如图 3-6 所示。

【参考文献】