基于Isight的混凝土断裂性能逆推分析研究
发布时间：2020-10-29 16:13
混凝土作为一种具有良好工作性能的材料,在建筑工程中得到了广泛的应用。混凝土裂缝开展机理是建筑物进行安全性评价的基础。目前的研究肯定了混凝土断裂具有的过程特性,同时指出混凝土断裂过程具有的软化特性。混凝土断裂软化本构曲线深刻影响着混凝土构件断裂破坏的全过程,因而确定混凝土软化本构曲线是进行混凝土断裂分析的关键。区别于传统的采用直接拉伸试验获取软化曲线的方法,基于数值方法进行软化曲线逆推分析的间接方法因其具有的便捷性和高效性受到越来越多学者的认同和关注。本文以Roelfstra提出的逆推法理论为基础,利用全局优化算法,在商业软件上搭建起混凝土三点弯曲梁软化曲线逆推分析平台,并对相关三点弯曲梁试验进行了逆推分析。本文主要进行了以下工作:(1)以软化曲线为设计变量,以数值仿真模型计算得到的P-CMOD曲线同试验测得的P-CMOD曲线之间的误差为目标函数,基于ABAQUS的Python脚本编制三点弯曲梁数值仿真模型,利用MATLAB编制软化曲线生成及P-CMOD曲线误差分析程序,将两者装配于参数优化软件Isight,搭建起三点弯曲梁参数化建模及软化曲线逆推分析平台,实现了软化曲线的自动高效获取。(2)以相关三点弯曲梁试验为参照,比较分析了双线性软化曲线和三线性软化曲线逆推分析结果上存在的差异,反映了三线性软化曲线在表征混凝土实际断裂软化特性时具有更高的准确性。同时将三线性软化曲线逆推得到的P-CMOD曲线同Kyoungsoo基于两参数模型计算得到的P-CMOD曲线进行对比分析,指出逆推分析方法在确定软化本构曲线上的优势。(3)将逆推分析与双K断裂理论有机结合,分别确定逆推P-CMOD曲线和试验P-CMOD曲线的荷载峰值P_(max)及对应的裂缝口张开位移CMOD_c,代入自编的双K断裂参数计算程序计算起裂断裂韧度K_(Ic)~(in) ~i和失稳断裂韧度K_(Ic)~(un),并将逆推分析得到的P-CMOD曲线计算得到的起裂断裂韧度和失稳断裂韧度同试验测得的P-CMOD曲线计算得到的起裂断裂韧度和失稳断裂韧度进行比较分析,指出两者具有的一致性,为逆推分析用于实际工程的分析计算提供参考。
【学位单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU528
【部分图文】：
0lim 2 ( ,0) I y yr滑开型裂缝是在平行缝面的剪应力 xy的作用下，构件两部分沿开裂面错开而形成的裂缝。滑开型裂缝的剪应力 平行于裂缝面，且沿裂缝面构件上下两部分运动方向相反，开裂扩展路径与剪应力 平行，称为 型裂缝，其断裂韧度的数学表达式为：0lim 2 ( ,0) II xy xyrK r r a(2.5撕开型裂缝是在平行缝面的剪应力 yz的作用下沿裂缝面构件上下两部分错开，裂缝开展路径沿原来的方向向前扩展，称为 型裂缝，其断裂韧度的数学表达式为：0lim 2 ( ,0) III yz yzrK r r a(2.6当构件内裂缝同时受到正应力和剪应力的作用时，构件就会同时产生 型裂缝和型裂缝，称为复合型裂缝。在工程应用中，由于张开型裂缝（ 型）最为危险，最容易引起构件的低应力脆性断裂，因此在实际处理裂缝时，即使是复合型裂缝，也将其视为 型裂缝来处理。当然，采用 型裂缝来简化表达复合型裂缝虽然简单明了，但是计算处理结果往往与实际受力情形差别较大。故在实际应用中，应该根据工程建设的实际需求有所取舍。
图 2.3 混凝土的断裂过程区混凝土在外力作用下表现出来的非线性是裂缝尖端断裂过程区的存在造成的。能够深入了解断裂过程区的发展机理对混凝土断裂韧度、耐久性等方面的影响，学者提出采用试验的技术手段对混凝土断裂过程区进行观测[34]。试验观测主要可为两大类：一类是直接观测技术，一类是间接观测技术。直接观测技术是指利用光学仪器对裂缝尖端直接进行观测；例如 1993 年 Krstulovic[35]利用扫描电子显微SEM）对紧凑拉伸时间断裂过程区进行的试验观测，以及 Otsuka[36]等利用 X 射断裂过程区进行的相关研究。间接观测技术指利用激光散斑、光弹片、云纹干涉发射以及内置光纤等方法在荷载施加的同时对断裂过程区进行无损观测：例cquot[37]等利用激光散斑法观测了主裂缝的亚临界扩展过程；徐世烺、赵国藩[38]利光散斑法对切口梁进行了试验观测；Berthaud[39]等利用声发射技术研究了受拉混试件单条裂缝的损伤问题；Shah[40]等利用六通道声发射技术观测了单轴拉伸试件区的集中存在；Otsuka[41]则基于声发射技术对不同骨料尺寸试件进行了对比分析
图 3.8 以 Isight 平台搭建的逆推分析程序框架性软化曲线数值算例建立ffrey[68]文献中的切口三点弯曲梁试验作为本文数值算例的试TM 标准进行了梁深 63mm、150mm、250mm 的三组标准试在预制裂缝切口时有所区别，其中梁深 63mm 的试件采用圆锯号），梁深 150mm、250mm 试件则采用预埋钢片浇筑形成切例的目的为验证本文所提算法的可行性，故选取了单一工个试件进行逆推分析计算，对于预埋钢片的试件本文第四章中此处不予赘述。63mm的三点弯曲切口梁试件编号分别为CB63-80a、CB63-80 为 350mm，跨长 S 为 250mm，梁深 D 为 63mm，梁厚 t 为 8
【参考文献】
本文编号：2861146
【学位单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU528
【部分图文】：
0lim 2 ( ,0) I y yr滑开型裂缝是在平行缝面的剪应力 xy的作用下，构件两部分沿开裂面错开而形成的裂缝。滑开型裂缝的剪应力 平行于裂缝面，且沿裂缝面构件上下两部分运动方向相反，开裂扩展路径与剪应力 平行，称为 型裂缝，其断裂韧度的数学表达式为：0lim 2 ( ,0) II xy xyrK r r a(2.5撕开型裂缝是在平行缝面的剪应力 yz的作用下沿裂缝面构件上下两部分错开，裂缝开展路径沿原来的方向向前扩展，称为 型裂缝，其断裂韧度的数学表达式为：0lim 2 ( ,0) III yz yzrK r r a(2.6当构件内裂缝同时受到正应力和剪应力的作用时，构件就会同时产生 型裂缝和型裂缝，称为复合型裂缝。在工程应用中，由于张开型裂缝（ 型）最为危险，最容易引起构件的低应力脆性断裂，因此在实际处理裂缝时，即使是复合型裂缝，也将其视为 型裂缝来处理。当然，采用 型裂缝来简化表达复合型裂缝虽然简单明了，但是计算处理结果往往与实际受力情形差别较大。故在实际应用中，应该根据工程建设的实际需求有所取舍。
图 2.3 混凝土的断裂过程区混凝土在外力作用下表现出来的非线性是裂缝尖端断裂过程区的存在造成的。能够深入了解断裂过程区的发展机理对混凝土断裂韧度、耐久性等方面的影响，学者提出采用试验的技术手段对混凝土断裂过程区进行观测[34]。试验观测主要可为两大类：一类是直接观测技术，一类是间接观测技术。直接观测技术是指利用光学仪器对裂缝尖端直接进行观测；例如 1993 年 Krstulovic[35]利用扫描电子显微SEM）对紧凑拉伸时间断裂过程区进行的试验观测，以及 Otsuka[36]等利用 X 射断裂过程区进行的相关研究。间接观测技术指利用激光散斑、光弹片、云纹干涉发射以及内置光纤等方法在荷载施加的同时对断裂过程区进行无损观测：例cquot[37]等利用激光散斑法观测了主裂缝的亚临界扩展过程；徐世烺、赵国藩[38]利光散斑法对切口梁进行了试验观测；Berthaud[39]等利用声发射技术研究了受拉混试件单条裂缝的损伤问题；Shah[40]等利用六通道声发射技术观测了单轴拉伸试件区的集中存在；Otsuka[41]则基于声发射技术对不同骨料尺寸试件进行了对比分析
图 3.8 以 Isight 平台搭建的逆推分析程序框架性软化曲线数值算例建立ffrey[68]文献中的切口三点弯曲梁试验作为本文数值算例的试TM 标准进行了梁深 63mm、150mm、250mm 的三组标准试在预制裂缝切口时有所区别，其中梁深 63mm 的试件采用圆锯号），梁深 150mm、250mm 试件则采用预埋钢片浇筑形成切例的目的为验证本文所提算法的可行性，故选取了单一工个试件进行逆推分析计算，对于预埋钢片的试件本文第四章中此处不予赘述。63mm的三点弯曲切口梁试件编号分别为CB63-80a、CB63-80 为 350mm，跨长 S 为 250mm，梁深 D 为 63mm，梁厚 t 为 8
【参考文献】
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3 徐世烺;董丽欣;王冰伟;李庆华;;我国混凝土断裂力学发展三十年[J];水利学报;2014年S1期
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10 肖诗云,林皋,王哲,逯静洲;应变率对混凝土抗拉特性影响[J];大连理工大学学报;2001年06期
本文编号：2861146
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