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基于材料细观结构的混凝土数值模拟与性能分析

作　者: 徐波
导　师: 金伟良；王海龙
学　校: 浙江大学
专　业: 结构工程
关键词: 混凝土细观数值模拟稳态氯离子扩散系数弹性模量抗压强度
分类号: TU528
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 398次
引　用: 7次
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内容摘要

混凝土在细观上可以看作是由粗骨料、水泥砂浆和界面组成的三相复合材料,由于三相材料组成的差异导致其力学性能也存在着很大的不同。混凝土的宏观性能在很大的程度上取决于这三相组分的体积比、各自的力学性能及其相互作用。因此研究这三相的结构特性及其组合对深入研究混凝土物理力学性能具有重要的理论意义和现实意义。本文采用数值方法模拟了混凝土材料的三相组成,并采用有限单元法分析了混凝土的主要性能。首先,根据体视学原理,得到了骨料累计分布函数与粒径之间的关系,利用Fortran语言编制程序,计算出骨料的粒径和位置,模拟了混凝土二维圆形骨料的随机分布,随后根据材料的细观结构,建立起了混凝土的数值模型。其次,采用有限单元法计算了混凝土稳态氯离子扩散系数,将数值结果与C C Yang的试验结果和胞体数值模型的结果对比验证,证明了本文模型用于计算混凝土稳态氯离子扩散系数的有效性,并讨论了细观结构参数对混凝土稳态氯离子扩散系数的影响,数值结果表明混凝土稳态氯离子扩散系数随着界面厚度和界面氯离子扩散系数的增大而增大,随着骨料最大粒径的增大而减小;然后,采用有限单元法计算了混凝土的弹性模量,并设计试验进行了对比验证,证明了本文模型用于混凝土弹性模量计算时的有效性,讨论了细观结构参数对混凝土弹性模量的影响,计算结果表明,混凝土的弹性模量随着界面弹性模量和骨料最大粒径的增大而增大,随着界面厚度的增大而减小,界面的泊松比对混凝土弹性模量几乎没有影响;最后,采用有限单元法计算了混凝土的抗压破坏强度,模拟了混凝土的受压破坏过程,探讨了细观结构参数对混凝土抗压强度的影响,数值结果表明混凝土的抗压强度随着界面和砂浆的抗拉强度的增大而增大。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第1章绪论  9-20
  1.1 课题研究的意义  9-11
  1.2 课题研究的发展与现状  11-16
  1.3 本文的主要工作  16-17
  参考文献  17-20
第2章混凝土骨料和界面的数值模拟  20-30
  2.1 混凝土二维圆形骨料分布的数值模拟方法  20-24
  2.2 界面面积率的计算方法和界面模拟  24-28
  2.3 本章小结  28-29
  参考文献  29-30
第3章混凝土稳态氯离子扩散系数预测的有限单元法  30-52
  3.1 二维热传导基本理论  30-37
  3.2 稳态氯离子扩散系数预测的有限单元法  37-49
  3.3 本章小结  49-51
  参考文献  51-52
第4章混凝土弹性模量预测的有限单元法  52-71
  4.1 有限元模型的建立  52-53
  4.2 试验验证  53-64
  4.3 混凝土细观结构特性对弹性模量的影响  64-69
  4.4 本章小结  69-70
  参考文献  70-71
第5章混凝土抗压强度预测的有限单元法  71-83
  5.1 材料的本构关系和强度准则  71-74
  5.2 有限元模型的建立与试验验证  74-78
  5.3 受压破坏的过程  78-79
  5.4 细观结构参数的影响  79-81
  5.5 本章小结  81-82
  参考文献  82-83
第6章结论与展望  83-85
  6.1 本文主要结论  83-84
  6.2 本文的创新点  84
  6.3 进一步研究的建议  84-85
致谢  85-86
个人简历及参与科研项目  86

基于材料细观结构的混凝土数值模拟与性能分析

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