基于数字图像相关方法的混凝土断裂过程区力学特性研究

发布时间：2017-07-01 13:21

  本文关键词：基于数字图像相关方法的混凝土断裂过程区力学特性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：混凝土的非线性断裂特性一直是土木行业学术界和工程界研究的热门问题。混凝土等准脆性材料的裂缝尖端存在相对尺寸较大的断裂过程区,导致材料呈现明显的非线性特征和尺寸效应。过去几十年来,学者们提出了许多混凝土非线性断裂模型。然而,由于实验条件的限制,断裂过程区的力学特性还不清楚。本文采用实验和理论分析相结合的方法,研究了混凝土裂缝扩展过程中断裂过程区的力学特性,建立了工程应用更为方便的粘聚裂纹模型。本文的主要内容包括以下几个方面:(1)用数字图像相关方法测量了带缺口的混凝土三点弯曲试件裂缝扩展及失效的全过程。进行了混凝土三点弯曲试件的断裂实验,用数字图像相关方法观测了试件在裂缝扩展过程中的全场位移与断裂过程区长度和位移演化规律。(2)基于虚拟裂缝模型和双线性软化曲线假设,推导了混凝土断裂过程区张开位移的数学表达式,通过求解FredholmⅡ积分方程获得了虚拟裂缝模型的数值解,并通过与实验数据的对比验证了模型的正确性。分别以无限大中心穿透裂缝板和三点弯曲试件为例,计算了混凝土断裂过程区的位移、粘聚力分布和荷载位移曲线,进而分析了断裂过程区的力学特性和扩展演化规律。并分析计算了软化曲线参数,初始缝高比,以及试件尺寸对断裂特性的影响规律。(3)假设混凝土断裂过程区的粘聚力呈线性分布,提出了基于线性位移分布的粘聚裂纹模型。利用实验数据与模型本身的计算结果验证了模型的正确性,并进一步分析了断裂过程区长度的发展规律,初始缝高比、试件尺寸以及软化曲线参数对计算结果的影响。(4)采用多元线性回归的方法,给出了由荷载-张开位移曲线(P-CMOD)反推软化曲线的参数的方法,并采用MATLAB程序编写了便于工程应用的GUI程序。
【关键词】：混凝土 断裂 断裂过程区 虚拟裂缝模型 数字图像方法
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU528
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 前言10-20
• 1.1 课题背景与意义10-11
• 1.2 混凝土粘聚裂纹模型与软化曲线概述11-14
• 1.3 混凝土断裂力学研究现状14-16
• 1.4 数字图像相关方法与研究现状简介16-18
• 1.4.1 数字图像相关方法17-18
• 1.5 论文的主要内容18-20
• 第2章 混凝土断裂过程区特性数字图像相关方法测量实验20-42
• 2.1 引言20
• 2.2 数字图像相关方法的基本原理20-23
• 2.3 VIC-3D非接触全场应变测量系统23-26
• 2.3.1 VIC-3D简要介绍23-24
• 2.3.2 VIC-3D中的应变计算24-26
• 2.4 试验概况26-33
• 2.4.1 实验方案与试件制作26-29
• 2.4.2 实验装置与实验过程29-33
• 2.5 实验结果与讨论33-40
• 2.5.1 DIC方法的准确性验证33-35
• 2.5.2 断裂过程区应变演化规律35-37
• 2.5.3 断裂过程区的张开位移分布37-40
• 2.6 小结40-42
• 第3章 无限大平板粘聚裂纹模型的数值解42-59
• 3.1 引言42
• 3.2 粘聚裂缝模型的理论基础42-45
• 3.2.1 粘聚裂纹模型控制方程43-44
• 3.2.2 Paris公式44-45
• 3.3 无限大板中心裂纹模型及求解45-50
• 3.3.1 公式推导45-48
• 3.3.2 Fredholm Ⅱ积分方程求解48-49
• 3.3.3 计算程序设计49-50
• 3.4 模型验证与计算结果50-57
• 3.4.1 模型验证50-52
• 3.4.2 计算结果与讨论52-57
• 3.5 小结57-59
• 第4章 混凝土三点弯曲试件粘聚裂纹模型数值解59-71
• 4.1 引言59
• 4.2 无初始断裂韧度的混凝土粘聚裂纹模型59-66
• 4.2.1 混凝土断裂过程区形成机理分析60
• 4.2.2 混凝土断裂过程区的演化规律60-62
• 4.2.3 三点弯曲混凝土试件粘聚裂纹模型求解62-66
• 4.3 计算结果与讨论66-69
• 4.3.1 计算参数66
• 4.3.2 荷载—位移曲线66-68
• 4.3.3 断裂过程区特性68-69
• 4.4 小结69-71
• 第5章 基于线性位移分布的混凝土粘聚裂纹模型71-85
• 5.1 前言71
• 5.2 基于线性位移分布的混凝土粘聚裂纹模型71-74
• 5.2.1 基于线性位移分布的简化模型72-74
• 5.3 模型验证与讨论74-84
• 5.3.1 线性位移分布验证74-75
• 5.3.2 P~CMOD曲线75-76
• 5.3.3 初始缝高比对裂缝发展的影响76-78
• 5.3.4 FPZ长度的变化规律78-80
• 5.3.5 试件尺寸对断裂过程的影响80-82
• 5.3.6 软化曲线参数对断裂过程的影响82-84
• 5.4 小结84-85
• 第6章 混凝土软化曲线参数获取的程序设计85-95
• 6.1 前言85
• 6.2 混凝土软化曲线参数获取方法的理论分析85-87
• 6.3 MATLAB程序实现与GUI界面功能介绍87-89
• 6.3.1 混凝土软化曲线参数获取的MATLAB程序实现87-88
• 6.3.2 混凝土软化曲线参数获取的GUI程序功能介绍88-89
• 6.4 计算实例与讨论89-94
• 6.4.1 混凝土软化曲线参数计算实例89-92
• 6.4.2 讨论92-94
• 6.5 小结94-95
• 第7章 结论与展望95-97
• 7.1 本文主要工作的总结95-96
• 7.2 展望96-97
• 致谢97-98
• 参考文献98-101
• 攻读学位期间取得的研究成果101

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本文编号：506103