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混凝土破坏过程的二维颗粒流数值模拟

作　者: 肖辉
导　师: 刘忠
学　校: 湘潭大学
专　业: 结构工程
关键词: 混凝土 颗粒流 离散元 双轴试验 单轴试验 破坏
分类号: TU528
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


混凝土是在当今土木工程领域应用最广泛的一种工程材料,大量学者对混凝土的破坏过程进行了深入的研究。采用有限元方法研究混凝土的破坏过程,大部分都是将混凝土材料等价为均匀材料。这种简化不能正确反映混凝土材料的非均匀性,也不能准确的描述混凝土材料在荷载作用下,裂缝产生、扩展和贯通的全过程。针对有限元法等方法分析混凝土破坏过程中的缺陷,本文将混凝土视为水泥砂浆基质和骨料组成的两相复合材料,利用颗粒流理论,进行了以下研究:1、本文根据给定的模型尺寸,利用PFC2D随机生成混凝土的骨料,建立混凝土的细观数值模型。2、通过混凝土的双轴模拟试验,分析了颗粒细观参数的改变对混凝土宏观性能的影响,建立了材料宏观参数和细观参数之间的关系,为混凝土的单轴模拟试验参数的确定提供的依据。3、模拟混凝土在单轴压缩载荷作用下,混凝土破坏的全过程,分析了颗粒细观参数的改变对混凝土宏观力学行为的影响,并研究了模型的尺寸效应。模拟了混凝土的三点弯曲试验,给出试件的破坏过程和荷载—位移曲线。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章 绪论  8-15
  1.1 选题依据和研究意义  8
  1.2 混凝土材料破坏研究的发展现状  8-13
    1.2.1 基于断裂力学的混凝土破坏研究  8-10
    1.2.2 基于损伤力学的混凝土破坏研究  10-11
    1.2.3 混凝土损伤与断裂的随机概率模型  11
    1.2.4 混凝土损伤与断裂的细观模型  11-13
  1.3 离散元法简介  13
  1.4 本文的主要研究内容  13-15
第二章 颗粒流方法的基本原理  15-32
  2.1 颗粒流方法的基本理论  15
  2.2 颗粒流方法的基本方程  15-20
    2.2.1 力—位移定律  16-18
    2.2.2 运动定律  18-20
    2.2.3 初始条件和边界条件  20
  2.3 颗粒流方法物理参数的确定  20-24
    2.3.1 计算时步的选择  20-22
    2.3.2 微分密度缩放比例  22-23
    2.3.3 机械阻尼  23-24
  2.4 颗粒流方法的接触模型  24-30
    2.4.1 接触刚度模型  24-26
    2.4.2 滑动模型  26
    2.4.3 粘结模型  26-30
  2.5 PFC 中的 Clump 理论  30
  2.6 颗粒流方法解题步骤  30-31
  2.7 本章小结  31-32
第三章 模型建立方法和细观参数的确定  32-43
  3.1 引言  32
  3.2 双轴实验试样模型的建立方法  32-36
    3.2.1 试件模型的控制参数  32-33
    3.2.2 颗粒生成的基本方法  33-34
    3.2.3 墙体刚度的选取  34-35
    3.2.4 伺服控制机制  35-36
  3.3 颗粒细观参数对混凝土宏观特性的影响  36-40
    3.3.1 摩擦系数的影响  36-37
    3.3.2 孔隙率的影响  37-38
    3.3.3 平行粘结刚度的影响  38
    3.3.4 平行粘结半径的影响  38-39
    3.3.5 平行粘结强度的影响  39-40
  3.4 颗粒细观参数与宏观参数之间的关系  40-41
  3.5 本章小结  41-43
第四章 混凝土破坏过程的数值模拟  43-53
  4.1 混凝土单轴压缩破坏过程的数值模拟  43-46
    4.1.1 混凝土单轴压缩数值模型的建立  43-44
    4.1.2 混凝土试件单轴压缩的数值模拟  44-46
  4.2 单轴压缩时影响因素分析  46-50
    4.2.1 细观参数的影响  46-49
    4.2.2 骨料数目的影响  49
    4.2.3 模型尺寸的影响  49-50
  4.3 混凝土三点弯曲试验的数值模拟  50-52
    4.3.1 数值模拟模型  50-51
    4.3.2 数值模拟结果分析  51-52
  4.4 本章小结  52-53
第五章 结论与展望  53-55
  5.1 工作结论和总结  53-54
  5.2 工作展望  54-55
参考文献  55-59
致谢  59-60
附录 攻读学位期间发表论文目录  60

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑材料 > 非金属材料 > 混凝土及混凝土制品
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