考虑骨料形状的混凝土细观模型研究

发布时间：2020-02-04 22:42

【摘要】：混凝土材料是一种典型的非均质复合材料,其物理力学性质主要取决于两种主要组成材料,即粗骨料和水泥砂浆的性质、配比及两者之间的粘结作用。细观尺度上的结构特点、结构形式和各相材料性能决定了混凝土材料失效破坏的宏观表现,确立细观结构与混凝土宏观行为的关系对新型混凝土材料的研发和混凝土结构的设计与评估具有重要意义。本文研究了混凝土随机骨料模型,利用Python编程语言及ABAQUS商用计算软件实现了混凝土细观模型的自动生成,为进行混凝土的数值模拟提供了基础。主要的研究工作概括如下:编制了圆形骨料的随机生成及投放程序,生成了圆形骨料平面多相细观模型。参考圆形骨料随机投放算法,完成椭圆形骨料的随机分布。基于椭圆方程的仿射变换矩阵,得到了任意椭圆的二次型方程,精确地判断了椭圆与椭圆,以及椭圆与直线的相离情况。相比于其他判定方法,本文生成的椭圆形骨料更加密实。通过变动极角和极坐标得到了任意形状的多边形骨料,过程中利用凸性判定算法严格限定骨料的凹凸性。其次,从效率这个角度对骨料的投放算法进行了优化。最后选用以骨料面积为标度的骨料侵入准则对生成的骨料进行随机延拓,成功得到二维混凝土凸多边形骨料模型。完成了界面过渡区(ITZ)的网格划分,通过设置网格过渡区,优化了网格分布,极大的提高了计算效率。运用Python语言编制ABAQUS二次开发程序,分别建立了单轴拉伸混凝土多相细观模型及三点弯曲梁数值模型,研究了三点弯曲梁开裂裂纹的发展过程,并通过改变混凝土骨料形状、界面过渡区强度等特性,研究细观结构对混凝土宏观力学性能的影响。计算结果表明混凝土宏观力学性能与界面过渡区强度成正比。通过比较多边形骨料混凝土与椭圆形骨料混凝土的单轴拉伸数值计算结果,得出骨料形状对宏观力学性能有直接影响。上述研究结果表明多相非一致性混凝土细观模型能很好的模拟混凝土失效破坏行为。以上考虑细观结构特征的混凝土失效破坏过程的数值模拟技术,为揭示混凝土失效破坏的深层机理奠定了基础。
【图文】：

界面过渡区,骨料粒径

９￣５１ｐｍ之间。通过不同试验测试和数值模拟等分析，大部分结论认为ＩＴＺ厚度主要集逡逑中在２０？５０ｐｍ之间。文献［５９Ｈ人为由于空隙率的提高，，界面过渡区的强度是水泥砂浆的逡逑６０％？７０％。根据以上研究，本文建立界面过渡区厚度％与粒径ｑ的线性关系，如图４．２所逡逑示。骨料粒径下限、粒径上限分别对应２0ｔｍｉ与的界面过渡区厚度，其他的骨料粒逡逑径对应的过渡区厚度在两者之间采用线性插值获得。逡逑０．０５０－逦ｙ逡逑０．０４５－逡逑？逦ｚ逡逑趾逡逑］ｘ！逦０．０３５邋－逡逑Ｉ逡逑０．０３０邋￣逡逑晚逦ｚ逡逑０．０２５邋－逡逑０．０２０邋－邋，逡逑粒校下限逦粒径丨．Ｗ逡逑骨料粒径（ｍｍ）逡逑图４．２界面过渡区厚度与骨料粒径关系逡逑４６逡逑

界面过渡区,骨料粒径,厚度

图４．邋１界面过渡区的生成逡逑『５６］通过纳米刻痕试验表明不同骨料的界面过渡区力学性质不同，厚度也骨料的粒径有关。Ｚｈｅｎｇ等ｔ５７，邋５８］利用体视学的方法，对Ｆｕｌｌｅｒ分布和Ｒｏｓ布进行界面过渡区的推导，认为混凝土的界面过渡区厚度在２０？５６ｐｍ。通过不同试验测试和数值模拟等分析，大部分结论认为ＩＴＺ厚度主０ｐｍ之间。文献［５９Ｈ人为由于空隙率的提高，界面过渡区的强度是水泥砂根据以上研究，本文建立界面过渡区厚度％与粒径ｑ的线性关系，如图４．２径下限、粒径上限分别对应２0ｔｍｉ与的界面过渡区厚度，其他的骨渡区厚度在两者之间采用线性插值获得。逡逑
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TU528

【参考文献】