混凝土轴心受拉试件细观数值模拟

发布时间：2020-05-12 08:17

【摘要】：为在细观层次研究混凝土轴心受拉状态下的损伤破坏机理,基于ANSYS参数化设计语言,建立了能够表征混凝土骨料随机分布和细观相材料力学参数非均匀性的混凝土轴心受拉试件细观数值模型.通过数值模拟,得到了混凝土内部微裂缝产生、发展直至试件断裂的演化过程和应力—应变曲线.结果表明,对于混凝土轴心受拉试件,虽然受到均匀拉应力的作用,但是由于骨料分布的随机性和细观相材料力学性质的差异,试件内应力和应变分布并不均匀,裂缝扩展存在弥散、集中、局部化阶段.骨料的存在既是导致裂缝产生的根源之一,又可在一定程度上阻碍裂缝的发展.本文的数值方法可以克服物理试验加载时难以对中的局限,弥补宏观层次采用均匀化方法研究的不足,有利于揭示混凝土轴心受拉损伤的破坏机理.
【图文】：

中砂浆单元的η取4，，界面单元的η取3，λ均取0．1;ξ均取10．轴心受拉试件细观数值模型参照文献［14］中的试验，选用100mm×100mm×200mm棱柱体．文献中试件混凝土弹性模量均值为28MPa，抗拉强度为3MPa．数值模型假设砂浆的弹性模量为混凝土的90%，其强度比混凝土高20%，界面的弹性模量和强度取为砂浆的90%［8］，骨料的弹性模量和强度以及各细观相材料均质度的取值参照文献［11］，弹性模量和抗拉强度认为服从Weibull分布，其密度函数见式(3)，泊松比取为定值，各细观相材料参数取值见表1．轴心受拉试件的细观相单元见图1．f(x)=mμx()μm－1exp－x()μ[]m(x≥0)(3)式中，x为满足该分布参数数值;μ为特征值;m为均质度．表1模型混凝土各细观相材料力学参数Table1Materialmechanicalparametersofeachmeso-phaseofmodelconcrete组分弹性模量特征值μ/GPa均质度m泊松比抗拉强度特征值μ/MPa均质度m砂浆基质2590．203．69界面2260．203．26骨料55120．201012图1轴心受拉试件模型细观相单元Fig．1Elementsofthemeso-phasesofaxialtensilespecimenmodel为说明本文数值模型细观相单元材料力学参数赋值的特点，将模型的细观相材料随机赋值情况与不考虑细观相材料参数随机分布，即按均匀分布赋值的情况加以对比，如图2所示．其中，图2(a)各相材料参数为均匀分布，每种细观相单元材料力学参数相同，显示为同一种颜色;图2(b)为本文赋值情况，界面、砂浆单元的颜色不同，说明材料参数取值按单元随机分布．同一骨料颗粒的单元颜色相同，不同骨料颜色不同，说明骨料的材料参数取值按颗粒随机分布．No．2李朝红等:混凝土轴心受拉试件细观数值模拟329

图2混凝土细观相单元材料参数赋值对比Fig．2Comparisonofmaterialparametersassignmentofconcretemeso-phaseelements2．2数值模拟及分析模型采用等位移加载，加载步长0．001mm，下降段出现转折点后加载步长加大至原来的3倍，共计算了22个荷载步．根据数值模拟结果，将模型中部沿长轴方向的应变切片图(图3)和模型表面应变分布图(图4)列出，以便从多角度分析模型单元损伤程度和裂缝的开展过程．图3轴心受拉试件中部纵向切片应变分布Fig．3Straindistributionsofcentralverticalsectionsofaxialpullspecimen加载之初，试件处于较均匀的拉应力场中，沿试件长度方向各截面的应力、应变较为接近．随着荷载的增加，由于骨料分布的随机性和细观相材料的不均匀性，试件内部薄弱部位开始出现应力集中，应变相应增加，见图3(a)，此时试件表面基本没有出现应变集中现象，见图4(a)．其原因在于骨料存在于试件内部，且具有随机分布的性质，骨料外部界面层材料力学性质较弱，容易引发应变集中．当加载到第8荷载步时，从图3(b)和图4(b)中330应用基础与工程科学学报Vol．22

【参考文献】

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本文编号：2659926