基于纳米压痕技术和均匀化理论的混凝土弹性模量研究
发布时间：2023-01-12 19:33
混凝土材料从细观尺度上主要可以分为骨料、水泥基体、界面过渡区和孔隙四相。考虑到实际工程应用中各相的力学性能和组分比例都会随时间和环境因素发生变化,且由于混凝土各相组分分布的非均匀性,仅研究其宏观力学性能难以准确对各类混凝土建筑结构的耐久性进行评估。由此,国内外学者对于混凝土材料细观-宏观跨尺度力学性能评估的研究热情日益高涨。在此背景下,本文以混凝土材料为研究对象,分析其在冻融循环作用下的性能退化机理,并重点考虑孔隙对于力学性能评估的影响,同时结合纳米压痕测试技术对混凝土各相的力学性能随冻融循环作用的衰减变化进行分析。本论文的研究成果主要包括以下内容:（1）对混凝土材料微细观结构各组分进行纳米压痕试验,骨料、基体和界面分别取不同的压痕试点。通过高斯混合模型对试验数据进行处理,得到各组分弹性模量。结果表明:随着冻融循环次数的增加,骨料弹性模量衰减不明显,而基体和界面的弹性模量衰减迅速。（2）给出含孔隙低退化骨料混凝土胞元预测模型,基于蒙特卡洛方法和双向游走法,生成并投放随机骨料和孔隙。（3）研究冻融循环作用下混凝土细观各组分的力学性能变化对其宏观力学行为的影响程度以及胞元模型中考虑孔隙的重...
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 本文的研究背景和意义
1.2 纳米压痕研究现状
1.2.1 纳米压痕技术研究
1.2.2 纳米压痕试验研究
1.3 混凝土多尺度方法研究现状
1.3.1 混凝土缺陷的产生
1.3.2 混凝土多尺度方法研究现状
1.3.3 均匀化理论研究现状
1.4 本文主要研究内容
第二章 纳米压痕技术
2.1 概述
2.2 纳米压痕
2.2.1 纳米压痕仪器
2.2.2 纳米压痕技术基本原理
2.3 混凝土纳米压痕试验
2.3.1 试验材料准备
2.3.2 混凝土纳米压痕试验方法
2.4 数据处理
2.5 本章小结
第三章 均匀化理论
3.1 概述
3.2 周期性和渐进展开
3.3 均匀化理论
3.4 有限元解
3.4.1 最小势能原理推导有限元方程
3.4.2 均匀化理论有限元基本方程
3.5 均匀化理论边界条件
3.6 本章小结
第四章 含孔隙骨料混凝土细观力学模型建立
4.1 概述
4.2 蒙特卡洛法
4.3 均匀化理论胞元模型
4.3.1 随机骨料、孔隙投放
4.3.2 界面过渡区的生成
4.3.3 胞元建立流程
4.4 有限元模型
4.4.1 有限元胞元模型导入
4.4.2 有限元计算实现
4.5 本章小结
第五章 孔隙冻融循环对混凝土弹性模量的影响
5.1 冻融循环试验
5.1.1 试验材料
5.1.2 试验流程
5.1.3 试验结果
5.2 混凝土单胞模型
5.2.1 胞元建立
5.2.2 胞元网格划分与单元材料分配
5.3 均匀化理论计算弹性模量
5.3.1 Abaqus软件模拟
5.3.2 结果比较
5.4 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
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]混凝土圆形骨料随机投放的双向游走法[J]. 黄沃成,陈正,梁伟英,韦玉柳. 混凝土. 2016(04)
[2]混凝土力学性能及其细观力学机理研究综述[J]. 单智,方联民,高晶. 混凝土. 2015(07)
[3]浅述高速公路桥梁施工混凝土裂缝的成因及预防[J]. 王恩华. 黑龙江交通科技. 2014(04)
[4]粗骨料形状对混凝土力学性质的影响[J]. 邢心魁,刘晶,孙冠晓,闫茂龙,张坤鹏. 混凝土. 2014(02)
[5]纳米压痕技术在水泥基材料中的应用进展[J]. 韩建德,潘钢华,孙伟. 混凝土. 2011(04)
[6]纳米压痕技术研究磨细矿渣对水泥基材料微观力学性能的影响[J]. 周伟玲,孙伟,陈翠翠,缪昌文. 硅酸盐学报. 2011(04)
[7]纳米压痕在水泥基材料中的应用与研究进展[J]. 赵素晶,孙伟. 硅酸盐学报. 2011(01)
[8]应用纳米压痕技术表征水化硅酸钙凝胶[J]. 姚武,何莉,梁慷. 建筑材料学报. 2010(03)
[9]随机游走法在混凝土球形骨料投放中的应用[J]. 宋晓刚. 宁波大学学报(理工版). 2010(02)
[10]多尺度方法在复合材料力学分析中的研究进展[J]. 郑晓霞,郑锡涛,缑林虎. 力学进展. 2010(01)
本文编号：3730345
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 本文的研究背景和意义
1.2 纳米压痕研究现状
1.2.1 纳米压痕技术研究
1.2.2 纳米压痕试验研究
1.3 混凝土多尺度方法研究现状
1.3.1 混凝土缺陷的产生
1.3.2 混凝土多尺度方法研究现状
1.3.3 均匀化理论研究现状
1.4 本文主要研究内容
第二章 纳米压痕技术
2.1 概述
2.2 纳米压痕
2.2.1 纳米压痕仪器
2.2.2 纳米压痕技术基本原理
2.3 混凝土纳米压痕试验
2.3.1 试验材料准备
2.3.2 混凝土纳米压痕试验方法
2.4 数据处理
2.5 本章小结
第三章 均匀化理论
3.1 概述
3.2 周期性和渐进展开
3.3 均匀化理论
3.4 有限元解
3.4.1 最小势能原理推导有限元方程
3.4.2 均匀化理论有限元基本方程
3.5 均匀化理论边界条件
3.6 本章小结
第四章 含孔隙骨料混凝土细观力学模型建立
4.1 概述
4.2 蒙特卡洛法
4.3 均匀化理论胞元模型
4.3.1 随机骨料、孔隙投放
4.3.2 界面过渡区的生成
4.3.3 胞元建立流程
4.4 有限元模型
4.4.1 有限元胞元模型导入
4.4.2 有限元计算实现
4.5 本章小结
第五章 孔隙冻融循环对混凝土弹性模量的影响
5.1 冻融循环试验
5.1.1 试验材料
5.1.2 试验流程
5.1.3 试验结果
5.2 混凝土单胞模型
5.2.1 胞元建立
5.2.2 胞元网格划分与单元材料分配
5.3 均匀化理论计算弹性模量
5.3.1 Abaqus软件模拟
5.3.2 结果比较
5.4 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
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]混凝土圆形骨料随机投放的双向游走法[J]. 黄沃成,陈正,梁伟英,韦玉柳. 混凝土. 2016(04)
[2]混凝土力学性能及其细观力学机理研究综述[J]. 单智,方联民,高晶. 混凝土. 2015(07)
[3]浅述高速公路桥梁施工混凝土裂缝的成因及预防[J]. 王恩华. 黑龙江交通科技. 2014(04)
[4]粗骨料形状对混凝土力学性质的影响[J]. 邢心魁,刘晶,孙冠晓,闫茂龙,张坤鹏. 混凝土. 2014(02)
[5]纳米压痕技术在水泥基材料中的应用进展[J]. 韩建德,潘钢华,孙伟. 混凝土. 2011(04)
[6]纳米压痕技术研究磨细矿渣对水泥基材料微观力学性能的影响[J]. 周伟玲,孙伟,陈翠翠,缪昌文. 硅酸盐学报. 2011(04)
[7]纳米压痕在水泥基材料中的应用与研究进展[J]. 赵素晶,孙伟. 硅酸盐学报. 2011(01)
[8]应用纳米压痕技术表征水化硅酸钙凝胶[J]. 姚武,何莉,梁慷. 建筑材料学报. 2010(03)
[9]随机游走法在混凝土球形骨料投放中的应用[J]. 宋晓刚. 宁波大学学报(理工版). 2010(02)
[10]多尺度方法在复合材料力学分析中的研究进展[J]. 郑晓霞,郑锡涛,缑林虎. 力学进展. 2010(01)
本文编号：3730345
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