基于细观力学的混凝土数值模型研究-应用力学学报.pdfVIP

28 卷 2 期 应 用 力 学 学 报 Vol.28 No.2 20 11 年4 月 CHINESE JOURNAL OF APPLIED MECHANICS Apr. 2011 文章编号：1000- 4939(2011) 02-0 129-06 基于细观力学的混凝土数值模型研究 1 1 2 1,3 梁昕宇 党发宁 田威 陈厚群 (西安理工大学 710048 西安)1 (长安大学 710061 西安)2 ( 中 水利水电科学研究院工程抗震中心 100044 北京)3 摘要：详细分析了界面单元模型、接触面单元模型、CT 图像三维重建模型三种细观混凝土数值 模型的优缺点，并将数值计算结果与物理试验结果进行了对比。结果表明：混凝土接触面模型克 服了界面单元模型中的界面层太厚、计算单元多、计算速度慢的弊端，且解决了原模型裂纹空洞 区大的问题； CT 图像三维重建模型与实际物理模型能够一一对应，可以弥补传统随机混凝土 骨料模型的不足。不仅可以使混凝土数值模型更接近于实际物理模型， 且可以较好地反映出了 混凝土材料内部的力学特性。CT 三维重建模型可为最终能够深入研究混凝土材料的细观破损机 理开辟新的途径。 关键词：细观混凝土；数值模型；细观损伤；CT 中图分类号：TV 148 文献标识码： A 宏观强度的影响）。混凝土细观数值试验最重要的 1 引 言 部分是混凝土细观构造特性的细观数值模型，细观 数值模型建立的好坏直接关系到细观数值试验的 混凝土是一种多相复合材料，其内部结构非常 成败。 复杂。以往为了研究 的方便，往往把混凝土材料 针对以 问题很多学者对混凝土细观数值试 视为平均化和均匀化的宏观连续体，认为材料内部 验进行了研究，并取得了不少成果，比较有代表性 各点具有相同的性质。实际 混凝土材料内部包括 的有随机粒子模型(Random particle model) [1]、格构 粗骨料、细骨料、水泥、砂浆、孔隙及裂纹等，呈 模型(Lattice model) [2] 、Mohamed A R 等提出的细观 现出不均匀性和各向异性。由于混凝土的内部很难 [3-5] 模型的随机力学特性模型 、随机骨料模型 被观察到，给试验和数值计算带来了很大困难，混 (Random aggregate model) [6-8] 、统计细观损伤力学模 凝土不均匀性的强度研究很难进行。建立与实际混 [9] 型和微裂纹扩展区模型 。这些模型可以从细观层 凝土细观结构相似的数值模型，促使混凝土破坏的 次 分析混凝土在各种载荷作用下的力学特性。混 研究向纵深发展，需要依靠混凝土细观数值试验。 凝土是由骨料和浆体及两者间的界面过渡层组成 试验不仅能直观反映出混凝土细观损伤和裂缝扩 的三相复合材料。界面过渡层的存在同样对混凝土 展的情形，还可以通过细观参数的敏感性分析，得 的有效模量有一定的影响，但它的基本参数(如厚度) 出各细观参数对试件极限承载能力的影响 （如骨料 和力学性质都是通过假定得到，其精确性尚无定 的形状、级配、分布形式、界面强度等细观参数对 基金项目： 家自然科学基金51009010 ) ；水利部公益性行业科研专项(2007SHZ1-20070 1004) ；西安理工大学优博基金（106-210909 ） 来稿日期：2009