硫酸盐侵蚀混凝土过程的数值模拟
发布时间：2023-03-03 23:25
硫酸盐在我国分布广泛,海水、盐湖、地下水及盐碱地等环境中大多有硫酸盐存在,硫酸盐侵蚀是导致混凝土劣化最重要的原因之一。硫酸根离子经过多种途径传输到混凝土结构内部,引起混凝土材料膨胀、开裂,最终导致混凝土结构破坏,其长期作用下会导致大量的经济损失和能源浪费。因此,开展硫酸盐侵蚀下混凝土的破坏过程与力学性能劣化机制研究,对延长钢筋混凝土结构的使用年限,提高工程结构的使用效率和经济效益具有重要的意义。本文主要针对外部硫酸根离子侵蚀混凝土所导致的性能劣化机制进行研究,并对该侵蚀破坏过程进行了数值模拟。主要工作包括:1.总结了硫酸盐侵蚀混凝土的基本理论介绍了国内外混凝土耐久性及硫酸盐侵蚀问题的研究现状,在此基础上总结了硫酸根离子在混凝土中传输的基本理论及硫酸盐对混凝土的侵蚀破坏机理,给出了引起混凝土破坏的膨胀产物钙矾石的生成过程及膨胀变形的计算模型。2.提出了“等效温度法”来模拟硫酸盐侵蚀导致混凝土发生体积膨胀的过程针对硫酸盐侵蚀导致混凝土发生体积膨胀的过程进行数值模拟,提出了“等效温度法”,用“温度”作为连接化学反应和力学计算的桥梁,将复杂的化学反应统一化,并将反应物浓度等效为温度改变,用转换...
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 硫酸盐侵蚀混凝土问题研究现状
1.2.1 硫酸盐侵蚀问题中的化学及物理过程
1.2.2 混凝土细观结构的变化
1.2.3 混凝土宏观力学性能的变化
1.3 硫酸盐侵蚀混凝土数值模拟研究进展
1.3.1 硫酸根离子在混凝土中的扩散与传输理论模型
1.3.2 硫酸盐侵蚀下混凝土膨胀破坏模型
1.4 研究主要内容
第二章 硫酸盐侵蚀混凝土的基本理论
2.1 引言
2.2 硫酸盐传输理论
2.2.1 基本假设
2.2.2 混凝土中硫酸根离子输运方程
2.2.3 硫酸盐侵蚀过程中的化学反应
2.2.4 硫酸盐侵蚀下混凝土的破坏类型
2.3 硫酸盐侵蚀膨胀过程理论
2.3.1 膨胀晶体的生成过程
2.3.2 膨胀变形的计算模型
2.4 混凝土损伤破坏理论
2.4.1 损伤机理分析
2.4.2 裂纹扩展过程
2.4.3 材料损伤的分类
2.4.4 损伤定义
2.4.5 混凝土损伤模型
2.5 影响硫酸根离子在混凝土中扩散的因素
2.5.1 孔隙填充效应
2.5.2 裂缝效应
2.5.3 其它因素影响
2.6 硫酸盐侵蚀混凝土的扩散-化学反应与混凝土损伤耦合机制
2.7 本章小结
第三章 硫酸盐侵蚀致混凝土体积膨胀过程模拟方法—等效温度法
3.1 引言
3.2 等效温度法的基本原理
3.2.1 基本原理
3.2.2 浓度和等效温度的转换方法
3.2.3 算例分析
3.3 方法有效性验证
3.3.1 模型的几何形状和材料参数
3.3.2 一维扩散-反应机制
3.4 等效温度法的优缺点
3.5 本章小结
第四章 硫酸盐侵蚀致混凝土损伤过程模拟
4.1 引言
4.2 混凝土损伤塑性模型的建立
4.2.1 混凝土单轴受拉和受压行为
4.2.2 CDP模型参数的确定方法
4.2.3 实例分析
4.3 硫酸盐侵蚀致混凝土损伤破坏过程模拟
4.3.1 扩散过程模拟
4.3.2 混凝土损伤破坏过程模拟
4.4 混凝土损伤开裂效应
4.5 本章小结
第五章 扩散-反应机制与损伤破坏耦合过程数值模拟
5.1 引言
5.2 耦合分析模型
5.2.1 扩散-反应机制模型
5.2.2 混凝土损伤模型
5.3 耦合分析流程
5.4 ABAQUS建模及二次开发中的重要命令
5.4.1 模型.inp文件
5.4.2 用户子程序-USDFLD
5.4.3 Python命令
5.5 耦合作用下混凝土损伤破坏过程有限元模拟及分析
5.5.1 耦合过程模拟
5.5.2 耦合作用下的扩散反应
5.5.3 耦合作用下混凝土的膨胀破坏历时反应
5.5.4 与文献结果对比
5.6 混凝土中硫酸根离子扩散系数D的变化情况
5.7 耦合作用对混凝土抗弯性能的影响
5.7.1 模型参数
5.7.2 有限元模型
5.7.3 结果及分析
5.8 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
作者简介
本文编号：3753309
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 硫酸盐侵蚀混凝土问题研究现状
1.2.1 硫酸盐侵蚀问题中的化学及物理过程
1.2.2 混凝土细观结构的变化
1.2.3 混凝土宏观力学性能的变化
1.3 硫酸盐侵蚀混凝土数值模拟研究进展
1.3.1 硫酸根离子在混凝土中的扩散与传输理论模型
1.3.2 硫酸盐侵蚀下混凝土膨胀破坏模型
1.4 研究主要内容
第二章 硫酸盐侵蚀混凝土的基本理论
2.1 引言
2.2 硫酸盐传输理论
2.2.1 基本假设
2.2.2 混凝土中硫酸根离子输运方程
2.2.3 硫酸盐侵蚀过程中的化学反应
2.2.4 硫酸盐侵蚀下混凝土的破坏类型
2.3 硫酸盐侵蚀膨胀过程理论
2.3.1 膨胀晶体的生成过程
2.3.2 膨胀变形的计算模型
2.4 混凝土损伤破坏理论
2.4.1 损伤机理分析
2.4.2 裂纹扩展过程
2.4.3 材料损伤的分类
2.4.4 损伤定义
2.4.5 混凝土损伤模型
2.5 影响硫酸根离子在混凝土中扩散的因素
2.5.1 孔隙填充效应
2.5.2 裂缝效应
2.5.3 其它因素影响
2.6 硫酸盐侵蚀混凝土的扩散-化学反应与混凝土损伤耦合机制
2.7 本章小结
第三章 硫酸盐侵蚀致混凝土体积膨胀过程模拟方法—等效温度法
3.1 引言
3.2 等效温度法的基本原理
3.2.1 基本原理
3.2.2 浓度和等效温度的转换方法
3.2.3 算例分析
3.3 方法有效性验证
3.3.1 模型的几何形状和材料参数
3.3.2 一维扩散-反应机制
3.4 等效温度法的优缺点
3.5 本章小结
第四章 硫酸盐侵蚀致混凝土损伤过程模拟
4.1 引言
4.2 混凝土损伤塑性模型的建立
4.2.1 混凝土单轴受拉和受压行为
4.2.2 CDP模型参数的确定方法
4.2.3 实例分析
4.3 硫酸盐侵蚀致混凝土损伤破坏过程模拟
4.3.1 扩散过程模拟
4.3.2 混凝土损伤破坏过程模拟
4.4 混凝土损伤开裂效应
4.5 本章小结
第五章 扩散-反应机制与损伤破坏耦合过程数值模拟
5.1 引言
5.2 耦合分析模型
5.2.1 扩散-反应机制模型
5.2.2 混凝土损伤模型
5.3 耦合分析流程
5.4 ABAQUS建模及二次开发中的重要命令
5.4.1 模型.inp文件
5.4.2 用户子程序-USDFLD
5.4.3 Python命令
5.5 耦合作用下混凝土损伤破坏过程有限元模拟及分析
5.5.1 耦合过程模拟
5.5.2 耦合作用下的扩散反应
5.5.3 耦合作用下混凝土的膨胀破坏历时反应
5.5.4 与文献结果对比
5.6 混凝土中硫酸根离子扩散系数D的变化情况
5.7 耦合作用对混凝土抗弯性能的影响
5.7.1 模型参数
5.7.2 有限元模型
5.7.3 结果及分析
5.8 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
作者简介
本文编号：3753309
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