循環(huán)載荷作用下混凝土疲勞裂紋擴展的數(shù)值模擬.pdf

1、混凝土作為一種多相復合材料，其在細觀層次上可以被認為由粗骨料、水泥砂漿以及它們之間的界面過渡區(qū)(簡稱ITZ)組成，其各相材料中都以微裂紋或微孔洞的形式存在著許多初始缺陷，在疲勞載荷的作用下，這些初始缺陷與混凝土細觀結(jié)構(gòu)共同影響著材料整體的疲勞性能以及宏觀響應。與靜力加載條件下的混凝土宏、細觀研究相比，疲勞加載條件下混凝土宏、細觀分析的研究相對較少，而混凝土疲勞問題也是工程應用中需要解決的問題之一。
　　本文根據(jù)混凝土疲勞裂紋擴展不

2、同階段的特征，采用細觀與宏觀建模分析方法對混凝土中疲勞裂紋萌生、擴展以及試件破壞的全過程進行了分析，揭示了混凝土材料疲勞破壞的細觀與宏觀機理。
　　文中建立了一種混凝土多相細觀模型，其中的骨料形狀、分布以及ITZ厚度均與實際混凝土相一致，該模型不對裂紋萌生位置作事先假設(shè)，能夠真實地反映混凝土中疲勞裂紋萌生的過程。模型的建立通過PYTHON語言編寫的一體化腳本程序?qū)崿F(xiàn)，有效地提高了建模分析的效率。
　　針對疲勞分析的特點，設(shè)置

3、了基于循環(huán)塊的求解過程，有效地實現(xiàn)了疲勞載荷作用下結(jié)構(gòu)響應的求解，并利用FORTRAN語言編寫了混凝土細觀組分的材料子程序，實現(xiàn)了與加載次數(shù)以及變形相關(guān)的材料疲勞損傷演化模型的模擬，同時證明了該材料子程序的準確性。
　　利用以上建立的細觀模型，分析了骨料位置隨機性、骨料體積分數(shù)以及應力水平對于混凝土材料疲勞裂紋擴展與試件破壞的影響，數(shù)值模擬結(jié)果說明該模型對于不同細觀結(jié)構(gòu)的混凝土材料以及不同的加載條件都有較好的適用性。
　　文

4、中還提出了細觀與宏觀模型轉(zhuǎn)換的分析方法，通過合理地劃分細觀與宏觀模型在分析過程中的適用界限，實現(xiàn)了與混凝土材料不同疲勞損傷階段相適應的建模分析過程，同時通過模型間的數(shù)據(jù)傳遞，實現(xiàn)了細觀與宏觀模型的分析過程連接，保證了整個混凝土疲勞分析過程的連續(xù)性。其中宏觀模型由PYTHON語言編寫的腳本程序建立，實現(xiàn)了裂紋動態(tài)擴展過程的模擬與混凝土疲勞壽命的預測。該模型中的混凝土材料疲勞參數(shù)由相應的數(shù)值實驗擬合得到，與混凝土材料的一般取值符合較好。