再生混凝土損傷分析

目錄
前言
主要符號
第1章緒論1
1.1課題背景及意義1
1.2再生混凝土力學性能研究2
1.2.1抗壓強度3
1.2.2抗拉強度4
1.2.3彈性模量4
1.2.4峰值應變和極限應變5
1.2.5單軸壓縮下應力-應變關系5
1.3混凝土力學性能的動態(tài)效應7
1.3.1動力增強系數(shù)8
1.3.2破壞模式10
1.3.3動力破壞機理研究11
1.4混凝土多尺度結構13
1.4.1宏觀尺度14
1.4.2細觀尺度14
1.4.3微觀尺度15
1.5細觀尺度模型的研究16
1.5.1細觀數(shù)值模型的分類17
1.5.2連續(xù)介質(zhì)細觀力學模型的生成方法17
1.5.3連續(xù)介質(zhì)細觀力學模型的應用18
1.6基面力單元法簡介21
1.7現(xiàn)存主要問題21
1.8本書的主要內(nèi)容22
第2章基于勢能原理的基面力單元法25
2.1基面力基本理論簡介25
2.1.1基面力25
2.1.2基面力與應力張量關系表達式27
2.1.3基面力理論基本方程27
2.2二維勢能原理基面力單元法29
2.2.1平面三角形基面力元模型29
2.2.2勢能原理基面力單元法主程序流程圖33
2.2.3模型正確性驗證33
2.3三維勢能原理基面力單元法36
2.3.1空間四節(jié)點四面體基面力元模型36
2.3.2空間問題主應力及其計算公式40
2.3.3三維基面力單元法主程序開發(fā)41
2.3.4模型正確性驗證42
2.4動力問題的基面力單元法模型44
2.4.1質(zhì)量矩陣和阻尼矩陣45
2.4.2動力方程的求解46
2.5靜動態(tài)損傷問題的基面力單元法模型47
2.5.1直接迭代法47
2.5.2收斂準則48
2.5.3求解步驟48
2.6靜動態(tài)損傷問題的基面力單元法程序設計49
2.6.1程序流程圖49
2.6.2損傷問題的基面力單元法程序驗證49
2.7本章小結51
第3章再生混凝土二維細觀模型52
3.1基于數(shù)字圖像技術的再生混凝土細觀模型52
3.1.1再生混凝土各相材料分布信息的提取53
3.1.2圖像分段變換53
3.1.3濾波除噪54
3.1.4邊界處理54
3.2再生混凝土二維隨機圓骨料試件幾何模型56
3.2.1再生骨料顆粒數(shù)與級配56
3.2.2再生骨料老砂漿層厚度57
3.3再生混凝土二維隨機凸多邊形骨料試件幾何模型58
3.4非結構化網(wǎng)格劃分策略與實現(xiàn)61
3.4.1網(wǎng)格優(yōu)化策略61
3.4.2網(wǎng)格內(nèi)部邊界層形成策略62
3.4.3算法63
3.5再生混凝土投影網(wǎng)格模型65
3.6實例應用66
3.7不可交叉滲透的零厚度界面單元在界面過渡區(qū)的應用68
3.7.1基本原理69
3.7.2自動插設零厚度界面單元算法71
3.8本章小結72
第4章再生混凝土三維細觀模型74
4.1再生混凝土三維隨機球骨料試件幾何模型74
4.1.1富勒顆粒級配理論75
4.1.2骨料顆粒粒徑的隨機產(chǎn)生算法75
4.1.3再生骨料老砂漿層厚度76
4.1.4骨料隨機投放算法77
4.2再生混凝土三維隨機凸多面體骨料試件幾何模型78
4.3非結構化網(wǎng)格劃分策略與實現(xiàn)82
4.3.1網(wǎng)格內(nèi)部邊界層形成策略82
4.3.2實例應用84
4.4不可交叉滲透的零厚度界面單元在界面過渡區(qū)的應用87
4.5本章小結90
第5章再生混凝土材料細觀損傷本構模型91
5.1細觀損傷演化本構模型91
5.1.1雙折線損傷演化本構模型92
5.1.2多折線損傷演化本構模型93
5.1.3分段曲線損傷演化本構模型94
5.2應變空間下的多軸損傷本構模型96
5.2.1應變空間下的破壞準則96
5.2.2非線性指標97
5.2.3等效一維應力-應變關系98
5.2.4割線泊松比的計算99
5.3不可交叉滲透的零厚度界面單元的損傷本構模型99
5.4材料參數(shù)Weibull概率分布101
5.5本章小結103
第6章再生混凝土的細觀均質(zhì)化模型105
6.1再生混凝土圓骨料復合球等效模型105
6.1.1泊松比的等效105
6.1.2彈性模量的等效106
6.1.3強度的等效109
6.2細觀均質(zhì)化模型109
6.2.1Voigt并聯(lián)分析模型及Reuss串聯(lián)分析模型109
6.2.2細觀均質(zhì)化模型計算程序流程圖111
6.3本章小結112
第7章高性能計算軟件研發(fā)113
7.1串行程序設計方案113
7.1.1一維變帶寬存儲113
7.1.2方程組分塊直接解法114
7.1.3再生混凝土細觀模型的串行計算程序流程圖115
7.1.4數(shù)值算例117
7.2高性能計算軟件研發(fā)119
7.2.1基于共享內(nèi)存模式OpenMP的并行方案120
7.2.2基于矩陣分解的PARDISO的并行求解121
7.2.3數(shù)值算例124
7.3本章小結124
第8章二維再生混凝土破壞機理靜態(tài)模擬與驗證126
8.1再生混凝土試件軸向拉伸和壓縮數(shù)值模擬算例驗證126
8.1.1模型再生混凝土126
8.1.2再生混凝土133
8.2材料參數(shù)分析140
8.2.1新砂漿強度的影響140
8.2.2老砂漿強度的影響142
8.2.3新界面過渡區(qū)強度的影響143
8.2.4老界面過渡區(qū)強度的影響145
8.3骨料形狀的影響146
8.3.1骨料形狀對軸心受拉性能的影響147
8.3.2骨料形狀對軸心受壓性能的影響150
8.4基于數(shù)字圖像技術的再生混凝土破壞機理靜態(tài)模擬與驗證153
8.4.1材料參數(shù)153
8.4.2破壞分析154
8.4.3分辨率的影響157
8.4.4不同數(shù)值模型的比較157
8.5零厚度界面單元在界面過渡區(qū)的應用159
8.5.1零厚度界面單元與基面力單元對比分析160
8.5.2拉剪混合破壞試驗的數(shù)值模擬與分析161
8.6細觀力學參數(shù)的非均質(zhì)性的對數(shù)值模擬結果的影響164
8.6.1再生混凝土試件的單軸拉伸和單軸壓縮試驗164
8.6.2三點彎曲切口梁試驗166
8.7再生混凝土細觀均質(zhì)化模型的分析169
8.7.1基于細觀均質(zhì)化模型的再生混凝土試件單軸受力的數(shù)值模擬169
8.7.2L-型再生混凝土板拉剪混合破壞試驗數(shù)值模擬172
8.8本章小結173
第9章二維再生混凝土破壞機理動態(tài)模擬與分析175
9.1動態(tài)軸拉伸試驗數(shù)值模擬175
9.1.1數(shù)值模型驗證175
9.1.2雙邊缺口試件數(shù)值模型的建立177
9.1.3動態(tài)拉伸應力-應變曲線178
9.1.4破壞模式183
9.2單軸動態(tài)壓縮試驗數(shù)值模擬186
9.2.1模型建立186
9.2.2加載條件186
9.2.3動態(tài)壓縮應力-應變關系187
9.2.4破壞形態(tài)188
9.2.5破壞過程189
9.3本章小結190
第10章三維再生混凝土破壞機理和破壞規(guī)律的靜態(tài)模擬與分析192
10.1雙口槽預裂縫試件的單軸拉伸模擬與分析192
10.1.1模型建立193
10.1.2數(shù)值結果195
10.1.3骨料空間分布的影響198
10.1.4骨料粒徑分布的影響200
10.1.5骨料體積分數(shù)的影響202
10.1.6再生骨料取代率的影響204
10.1.7再生骨料中老砂漿含量的影響206
10.1.8骨料形狀的影響208
10.1.9界面過渡區(qū)厚度的影響210
10.1.10材料參數(shù)分析212
10.2圓柱體試件的單軸壓縮模擬與分析214
10.2.1模型建立214
10.2.2數(shù)值結果216
10.2.3粗骨料體積分數(shù)的影響219
10.2.4再生骨料中老砂漿含量的影響221
10.2.5骨料形狀的影響223
10.2.6多軸應力條件的影響224
10.3預裂縫三點彎曲梁的模擬與分析228
10.3.1模型建立229
10.3.2載荷-中點位移曲線230
10.3.3表面裂紋形態(tài)231
10.3.4應力分析233
10.3.5應變分析234
10.4本章小結235
第11章三維再生混凝土動態(tài)性能的細觀損傷分析237
11.1動態(tài)拉伸試驗細觀數(shù)值模擬與分析237
11.1.1模型建立237
11.1.2數(shù)值結果240
11.1.3應變率效應分析243
11.1.4再生粗骨料體積分數(shù)的影響245
11.2動態(tài)壓縮試驗細觀數(shù)值模擬與分析248
11.2.1模型建立248
11.2.2數(shù)值結果249
11.2.3應變率效應分析252
11.2.4再生粗骨料體積分數(shù)的影響254
11.3本章小結257
第12章結論及展望259
12.1主要工作259
12.2主要結論261
12.3展望261
參考文獻263