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基于双K模型的纤维混凝土I型断裂特性研究

作　者: 左文锌
导　师: 冯德成
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 道路与铁路工程
关键词: 混凝土路面 纤维混凝土 数字散斑 双K断裂模型 内聚力模型
分类号: U414
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


虽然水泥混凝土路面具有使用寿命长、强度高、刚度大等优点,但由于其脆性易断裂的缺点,限制了水泥混凝土在高等级路面中的广泛应用,而聚丙烯纤维的加入改善了水泥混凝土路面的断裂性能,使得水泥混凝土的强度和韧性都有所提高。可是,尽管聚丙烯纤维混凝土已经出现近40年,学者们多集中在材料的抗压、抗折、抗冻、抗冲击等基本性能上,对其断裂性能却研究较少,因此,针对路面中最易出现的I型断裂行为本文对纤维混凝土进行了以下研究:首先,利用数字散斑技术观测到了试验过程中纤维混凝土三点弯曲切口梁试件的水平位移场和水平应变场。通过对位移场和应变场的比较分析,发现纤维加入后可以提高混凝土的断裂性能;其次,基于双K模型对素混凝土和纤维混凝土进行了分析,发现混凝土的起裂韧度与纤维掺量无关,而混凝土的失稳韧度受纤维掺量影响较大,随纤维掺量的增大而提高。此外,计算得到的断裂能也随着纤维掺量的增多而增大,其中,当纤维体积掺量达到3.2%时计算得到的断裂能达到了素混凝土断裂能的30余倍。同时还能发现,随着纤维参量的提高,纤维混凝土三点弯曲切口梁试验在开裂时体现出明显的塑性断裂行为;最后,还利用ABAQUS大型有限元程序作为计算模拟平台,使用了混凝土断裂力学中内聚力模型模拟纤维混凝土三点弯曲切口梁试验,并将试验中确定的纤维混凝土断裂能作为软化曲线的控制指标进行计算。通过将模拟得到的荷载-裂缝张开角位移曲线同实测结果进行对比,发现有限元模型能够较为准确地预测材料的荷载峰值及其对应的裂缝张开角位移大小,但由于纤维的存在导致的材料开裂迟缓,延性行为增加等一些现象的模拟尚待进一步的研究。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-19
  1.1 课题背景与意义  9-11
    1.1.1 课题的背景  9-10
    1.1.2 课题的意义  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-17
    1.2.1 纤维混凝土国内外研究现状  11-13
    1.2.2 混凝土断裂力学国内外研究现状  13-17
  1.3 研究的主要内容  17-19
第2章 数字散斑相关方法  19-25
  2.1 数字散斑相关方法概述  19
  2.2 基本原理概述  19-24
    2.2.1 物体面内变形  21-22
    2.2.2 相关系数  22
    2.2.3 搜索算法  22-23
    2.2.4 亚像素位移计算方法  23-24
  2.3 本章小结  24-25
第3章 纤维混凝土三点弯曲切口梁断裂试验研究  25-40
  3.1 纤维混凝土三点弯曲切口梁断裂试验  25-30
    3.1.1 试验准备  25-26
    3.1.2 试件的准备及原材料基本性能  26-28
    3.1.3 试验装置  28-30
  3.2 三点弯曲试验结果分析  30-38
    3.2.1 素混凝土断裂过程分析  30-35
    3.2.2 纤维掺量对水平应变场的影响  35-38
  3.3 本章小结  38-40
第4章 纤维混凝土断裂性能评价方法  40-57
  4.1 混凝土断裂力学  40-41
  4.2 双K 断裂模型  41-47
    4.2.1 双K 模型计算方法  42-45
    4.2.2 软化曲线的计算方法  45-47
  4.3 聚丙烯纤维混凝土改进的双K 模型参数计算方法  47
  4.4 三点弯曲试验结果分析  47-55
    4.4.1 纤维掺量对断裂性能的影响  48-49
    4.4.2 加载速率对于断裂性能的影响  49-51
    4.4.3 纤维掺量对于混凝土韧性的影响规律  51-53
    4.4.4 纤维掺量对于试件断裂性能的影响规律  53-55
  4.5 本章小结  55-57
第5章 水泥混凝土断裂有限元模型  57-68
  5.1 ABAQUS 在断裂力学中的应用  57-60
    5.1.1 虚拟裂纹模型  57-58
    5.1.2 虚拟裂纹闭合技术  58-60
  5.2 基于ABAQUS 混凝土三点弯曲切口梁模型  60-67
    5.2.1 ABAQUS 三点弯曲断裂切口梁模型  60-64
    5.2.2 内聚力模型计算结果及分析  64-66
    5.2.3 内聚力模型计算结果改进方案  66-67
  5.3 本章小结  67-68
结论  68-70
参考文献  70-76
攻读学位期间发表的学术论文  76-78
致谢  78-79

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 道路工程 > 道路建筑材料
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