基于扩展有限元的钢纤维混凝土断裂破坏数值研究
发布时间：2021-01-27 17:13
断裂性能是钢纤维混凝土重要的力学性能之一,研究钢纤维混凝土的断裂特性,对研究钢纤维混凝土材料和结构具有重要意义。本文从细观角度出发采用数值计算方法,建立C30钢纤维混凝土细观数值模型,对钢纤维混凝土断裂破坏问题进行研究,讨论粗骨料最大粒径、钢纤维长度和体积率对钢纤维混凝土裂纹演化过程以及断裂能的影响。主要内容包括:1、进行了钢纤维混凝土微观扫描电镜试验,研究了粗骨料最大粒径和钢纤维长度对钢纤维混凝土中骨料-砂浆界面和钢纤维-砂浆界面过渡区厚度的影响。结果表明:骨料-砂浆界面过渡区厚度随粗骨料最大粒径的增大而增大,钢纤维-砂浆界面过渡区厚度随钢纤维长度的增加有所降低。根据微观试验结果,建立钢纤维混凝土细观数值模型时,选取模型中细观组分界面的厚度为0.2mm。2、建立了钢纤维混凝土二维数值模型。在细观层次上将钢纤维混凝土看做由粗骨料、砂浆、钢纤维、骨料-砂浆界面和钢纤维-砂浆界面组成的五相复合材料。利用MATLAB软件,根据蒙特卡罗法产生随机数,结合点-线距离计算和线-线相交判断的方法,实现了钢纤维和粗骨料的随机分布。3、进行了钢纤维混凝土三点弯曲梁断裂破坏数值模拟,分析了普通混凝土与钢纤...
【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
混凝土界面过渡区微观结构示意图
该区主要由 C-S-H 凝胶组成，孔隙率较高。图 2.2 钢纤维-砂浆界面过渡区微观结构示意图2.2 界面过渡区微观试验目前学者大多采用扫描电镜（SEM）对界面过渡区的微观结构进行研究，扫描电镜的工作原理是利用发射出的电子束在样品表面扫描，在样品表面激发出次级电子，其中激发出的次级电子数量与样品表面结构即电子束入射角有关，样品表面激发出的次级电子被探测器收集并由闪烁器转换为光信号，最后通过光电倍增管和放大器转换成电信号。基于以上原理，通过控制电子束在荧光屏上的强度，显示出与电子束同步的扫描图像。入射电子扫描样品表面时，会使样品原子激发产生的电子，这些电子称之为二次电子（SE）。二次电子能量较低，一般不超过 50eV。在样品表面被检测到的二次电子深度通常在 10nm 范围内。二次电子一般只能在电子束轰击区附近的范围内发射，因此获得的图像分辨率较好。入射电子扫描样品表面时，与样品原子发生碰撞使其运动方向发生改变，经多次碰撞后又由样品表面散射出来的电子称之为背散射电子（BSE），其能量与入射电子的能量相近。如利用扫描电镜背散射电子技术获得的钢纤维混凝土微观图像，可以根据图片灰度的差异较快的分辨出钢纤维混凝土样品中孔洞、钢纤维、骨料和水泥水化产物等。二次电子和背散射电子在
2.2.2 试样制备（1）取样：对养护 28 天后的钢纤维混凝土试件，用切割机切取尺寸不大于 15mm×15mm×10mm 的试样，由于切割技术无法保留钢纤维表面的完整结构，因此采用人工敲碎钢纤维混凝土试块一部分的方法，获取含部分裸露钢纤维的试样。对试样进行编号，切割部分试样如图 2.3 所示；2 钢纤维混凝土界面微观结构试验研究
【参考文献】：
期刊论文
[1]钢纤维增强超高性能混凝土抗压性能的细观数值模拟[J]. 赵秋山,徐慎春,刘中宪. 复合材料学报. 2018(06)
[2]钢纤维-水泥基界面过渡区纳米力学性能[J]. 徐礼华,余红芸,池寅,邓方茜,胡杰. 硅酸盐学报. 2016(08)
[3]混凝土界面过渡区微观结构及其数值模拟方法的研究进展[J]. 施惠生,孙丹丹,吴凯. 硅酸盐学报. 2016(05)
[4]钢筋混凝土三点弯曲梁裂缝扩展过程模拟[J]. 胡少伟,米正祥. 水利水运工程学报. 2015(03)
[5]钢纤维混凝土细观二维建模与数值研究[J]. 程书怀,任志刚,余细东,付应兵. 武汉理工大学学报. 2015(03)
[6]混杂纤维活性粉末混凝土的断裂性能[J]. 邓宗才,冯琦. 建筑材料学报. 2016(01)
[7]基于XFEM的混凝土三点弯曲梁开裂数值模拟研究[J]. 胡少伟,鲁文妍. 华北水利水电大学学报(自然科学版). 2014(04)
[8]混凝土界面过渡区的形成以及劣化机理[J]. 陈卫芳. 黑龙江科技信息. 2014(22)
[9]三点弯曲下混凝土断裂韧度及影响因素[J]. 张廷毅,高丹盈,郑光和,朱海堂. 水利学报. 2013(05)
[10]界面处理对混杂纤维混凝土弯曲性能的影响[J]. 李永鹏,何锐,嵇绍华,陈拴发. 武汉理工大学学报. 2013(04)
硕士论文
[1]混杂钢纤维二级配混凝土断裂性能试验研究[D]. 杨孝青.郑州大学 2018
[2]素混凝土中裂缝开裂的扩展有限元数值模拟[D]. 陈亚宾.哈尔滨工业大学 2017
[3]基于细观尺度的钢纤维混凝土损伤破坏数值模拟研究[D]. 薛兵.中国矿业大学 2017
[4]橡胶混凝土强度细观机理研究[D]. 杨朝霞.郑州大学 2017
[5]钢纤维—水泥基界面过渡区纳米力学性能研究[D]. 余红芸.武汉大学 2017
[6]骨料粒径与纤维长度对钢纤维混凝土断裂性能影响的研究[D]. 陈京钰.郑州大学 2016
[7]钢纤维混凝土细观层次数值模拟研究[D]. 刘丰.华南理工大学 2014
[8]纤维混凝土细观结构及破裂过程数值模拟研究[D]. 嵇绍华.长安大学 2014
[9]混杂纤维混凝土二维随机建模方法研究[D]. 徐彬.武汉理工大学 2014
[10]不同掺量纤维增强混凝土受弯性能细观数值研究[D]. 陈江平.广州大学 2010
本文编号：3003423
【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
混凝土界面过渡区微观结构示意图
该区主要由 C-S-H 凝胶组成，孔隙率较高。图 2.2 钢纤维-砂浆界面过渡区微观结构示意图2.2 界面过渡区微观试验目前学者大多采用扫描电镜（SEM）对界面过渡区的微观结构进行研究，扫描电镜的工作原理是利用发射出的电子束在样品表面扫描，在样品表面激发出次级电子，其中激发出的次级电子数量与样品表面结构即电子束入射角有关，样品表面激发出的次级电子被探测器收集并由闪烁器转换为光信号，最后通过光电倍增管和放大器转换成电信号。基于以上原理，通过控制电子束在荧光屏上的强度，显示出与电子束同步的扫描图像。入射电子扫描样品表面时，会使样品原子激发产生的电子，这些电子称之为二次电子（SE）。二次电子能量较低，一般不超过 50eV。在样品表面被检测到的二次电子深度通常在 10nm 范围内。二次电子一般只能在电子束轰击区附近的范围内发射，因此获得的图像分辨率较好。入射电子扫描样品表面时，与样品原子发生碰撞使其运动方向发生改变，经多次碰撞后又由样品表面散射出来的电子称之为背散射电子（BSE），其能量与入射电子的能量相近。如利用扫描电镜背散射电子技术获得的钢纤维混凝土微观图像，可以根据图片灰度的差异较快的分辨出钢纤维混凝土样品中孔洞、钢纤维、骨料和水泥水化产物等。二次电子和背散射电子在
2.2.2 试样制备（1）取样：对养护 28 天后的钢纤维混凝土试件，用切割机切取尺寸不大于 15mm×15mm×10mm 的试样，由于切割技术无法保留钢纤维表面的完整结构，因此采用人工敲碎钢纤维混凝土试块一部分的方法，获取含部分裸露钢纤维的试样。对试样进行编号，切割部分试样如图 2.3 所示；2 钢纤维混凝土界面微观结构试验研究
【参考文献】：
期刊论文
[1]钢纤维增强超高性能混凝土抗压性能的细观数值模拟[J]. 赵秋山,徐慎春,刘中宪. 复合材料学报. 2018(06)
[2]钢纤维-水泥基界面过渡区纳米力学性能[J]. 徐礼华,余红芸,池寅,邓方茜,胡杰. 硅酸盐学报. 2016(08)
[3]混凝土界面过渡区微观结构及其数值模拟方法的研究进展[J]. 施惠生,孙丹丹,吴凯. 硅酸盐学报. 2016(05)
[4]钢筋混凝土三点弯曲梁裂缝扩展过程模拟[J]. 胡少伟,米正祥. 水利水运工程学报. 2015(03)
[5]钢纤维混凝土细观二维建模与数值研究[J]. 程书怀,任志刚,余细东,付应兵. 武汉理工大学学报. 2015(03)
[6]混杂纤维活性粉末混凝土的断裂性能[J]. 邓宗才,冯琦. 建筑材料学报. 2016(01)
[7]基于XFEM的混凝土三点弯曲梁开裂数值模拟研究[J]. 胡少伟,鲁文妍. 华北水利水电大学学报(自然科学版). 2014(04)
[8]混凝土界面过渡区的形成以及劣化机理[J]. 陈卫芳. 黑龙江科技信息. 2014(22)
[9]三点弯曲下混凝土断裂韧度及影响因素[J]. 张廷毅,高丹盈,郑光和,朱海堂. 水利学报. 2013(05)
[10]界面处理对混杂纤维混凝土弯曲性能的影响[J]. 李永鹏,何锐,嵇绍华,陈拴发. 武汉理工大学学报. 2013(04)
硕士论文
[1]混杂钢纤维二级配混凝土断裂性能试验研究[D]. 杨孝青.郑州大学 2018
[2]素混凝土中裂缝开裂的扩展有限元数值模拟[D]. 陈亚宾.哈尔滨工业大学 2017
[3]基于细观尺度的钢纤维混凝土损伤破坏数值模拟研究[D]. 薛兵.中国矿业大学 2017
[4]橡胶混凝土强度细观机理研究[D]. 杨朝霞.郑州大学 2017
[5]钢纤维—水泥基界面过渡区纳米力学性能研究[D]. 余红芸.武汉大学 2017
[6]骨料粒径与纤维长度对钢纤维混凝土断裂性能影响的研究[D]. 陈京钰.郑州大学 2016
[7]钢纤维混凝土细观层次数值模拟研究[D]. 刘丰.华南理工大学 2014
[8]纤维混凝土细观结构及破裂过程数值模拟研究[D]. 嵇绍华.长安大学 2014
[9]混杂纤维混凝土二维随机建模方法研究[D]. 徐彬.武汉理工大学 2014
[10]不同掺量纤维增强混凝土受弯性能细观数值研究[D]. 陈江平.广州大学 2010
本文编号：3003423
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