多孔生态混凝土细观层次数值模拟研究

发布时间：2017-03-20 05:03

  本文关键词：多孔生态混凝土细观层次数值模拟研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：多孔生态混凝土(porous ecological concrete)作为一种环境友好型建筑材料,能够良好地应用于海绵城市建设中的透水路面设计与生态净化系统,成为我国建设“海绵城市”的主要依托环保材料之一。它是一种以水泥作为胶结材料,以粗骨料作为架构材料,内部具有连续大孔隙的特殊镂空骨架结构混凝土制品。因其具有良好的透水透气性与生物相容性,在节能环保、生态建设等方面将发挥出巨大的社会、经济效益。当前,我国对于多孔生态混凝土物理力学性能方面的研究已取得一定成果,但对其特殊孔隙结构与宏观性能之间关系的研究还未深入开展。本文基于课题组已有研究成果,利用普通混凝土细观数值模拟研究思路与方法,通过试验分析与三维细观数值模型的建立,对多孔生态混凝土在荷载作用下的损伤、裂缝发展规律进行了探讨。分析结果表明:压应力通过骨料纵向传播,上层存在孔隙的骨料区会产生拉应力,从而引发初始裂缝。裂缝最早发生在开口孔隙边缘的骨料上和骨料与砂浆的粘结薄弱区,然后沿着骨料的边缘进一步扩展,并与孔隙形成贯通,直至失稳破坏。基于蒙特卡罗法与碰撞检测算法,提出了二维随机骨料接触投放算法,为多孔生态混凝土随机骨料数值模拟研究提供模型基础。主要研究内容如下:(1)多孔生态混凝土的配合比与物理力学特性关系。基于基准配合比设计了试验配合比,对多孔生态混凝土有效孔隙率、抗压强度、抗折强度等参数进行试验测试,分析得出最佳水灰比,外加剂最佳掺量及各参数之间的关系,研究了受压过程中多孔混凝土的裂缝扩展与破坏形态。(2)多孔生态混凝土数字图像处理与三维有限元模型建立分析。采用数字图像处理技术与MATLAB程序,将多孔生态混凝土切面二维图像转化为三维空间数据体,利用有限元软件建立了基于真实细观结构的多孔混凝土三维数值模型,对多孔混凝土在荷载作用下的应力分布情况以及裂纹发展、贯通过程进行分析。(3)基于二维随机骨料接触投放算法的几何模型建立。基于蒙特卡罗法,利用MATLAB语言,通过对骨料之间最小距离求解,编写基于旋转、平移等基本操作的接触算法,生成多孔生态混凝土二维圆形与凸多边形随机骨料几何模型。本文通过建立基于真实图像数据的三维模型和二维随机骨料模型,对多孔生态混凝土宏观破坏机理进行探索。利用数值模型可以避开试验条件限制,开展各相材料参数对宏观力学性能影响的研究,对多孔生态混凝土的实际工程应用有一定指导意义。
【关键词】：多孔生态混凝土 细观层次 数值模拟 裂纹扩展 随机骨料模型
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU528
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 研究背景11
• 1.2 研究目的及意义11-12
• 1.3 研究现状12-16
• 1.3.1 混凝土细观数值模拟研究现状12-16
• 1.3.2 多孔生态混凝土数值模拟研究16
• 1.4 本文主要研究内容16-18
• 第二章 多孔生态混凝土物理力学性能试验研究18-31
• 2.1 原材料与试件制备工艺18-24
• 2.1.1 原材料18-20
• 2.1.2 配合比设计20-21
• 2.1.3 制备工艺21-23
• 2.1.4 试件制作23-24
• 2.2 多孔生态混凝土的物理力学性能24-30
• 2.2.1 基本物理性能研究24-26
• 2.2.2 基本力学性能研究26-28
• 2.2.3 受压破坏形态28-30
• 2.3 本章小结30-31
• 第三章 基于真实细观结构的三维模型建立与应用分析31-47
• 3.1 三维空间数据场可视化31
• 3.2 数字图像处理技术31-32
• 3.3 多孔生态混凝土试件断层图像处理32-37
• 3.3.1 图像获取32-33
• 3.3.2 图像增强33-35
• 3.3.3 图像阈值分割35-37
• 3.4 多孔混凝土圆柱体试件三维有限元模型建立37-41
• 3.4.1 ANSYS软件与APDL语言介绍37-38
• 3.4.2 ANSYS数据读取与单元选择38-39
• 3.4.3 有限元模型的建立39-41
• 3.5 有限元结果与分析41-45
• 3.5.1 破坏准则41
• 3.5.2 材料定义41-42
• 3.5.3 裂缝模型42-43
• 3.5.4 裂缝发展过程及规律分析43-45
• 3.6 本章小结45-47
• 第四章 多孔生态混凝土随机骨料模型生成算法47-63
• 4.1 随机骨料投放算法的现状47-49
• 4.1.1 普通混凝土随机骨料投放算法47-49
• 4.1.2 多孔混凝土随机骨料投放算法49
• 4.2 蒙特卡罗法与随机数49-50
• 4.2.1 蒙特卡罗法49-50
• 4.2.2 随机数50
• 4.3 二维随机圆形骨料模型50-54
• 4.3.1 圆形骨料的生成50-51
• 4.3.2 圆形骨料接触与重叠判断算法51-54
• 4.4 二维随机多边形骨料模型54-62
• 4.4.1 多边形骨料的生成54-55
• 4.4.2 多边形骨料的旋转55-56
• 4.4.3 多边形骨料的平移与接触56-62
• 4.5 本章小结62-63
• 第五章 结论与展望63-65
• 5.1 本文结论63-64
• 5.2 研究展望64-65
• 参考文献65-70
• 致谢70-71
• 硕士期间已发表或是已录用的论文71

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