文章目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 混凝土损伤演化国内外研究现状

    1.2.1 混凝土损伤演化导致材料失效的宏观实验研究

    1.2.2 混凝土受载过程中损伤演化的实验观察

    1.2.3 混凝土损伤演化的数值模拟

    1.2.4 混凝土损伤演化的理论研究

1.3 本文主要研究内容

    1.3.1 研究团队的前期工作基础

    1.3.2 课题来源

    1.3.3 本文主要研究内容

第2章 混凝土损伤累积破坏的实验系统设计

2.1 引言

2.2 试件制备

    2.2.1 材料选择

    2.2.2 试件制作

    2.2.3 试件处理

2.3 实验平台搭建

    2.3.1 加载系统

    2.3.2 声发射采集系统

2.4 采集系统参数设置

    2.4.1 阈值电压设置

    2.4.2 定时参数设置

    2.4.3 波速标定

2.5 传感器优化布置

    2.5.1 声源定位

    2.5.2 布置方式设计

    2.5.3 定位误差分析

2.6 本章小结

第3章 三点弯曲作用下混凝土损伤演化表征

3.1 引言

3.2 三点弯曲实验力学性能分析

    3.2.1 加载方案

    3.2.2 宏观破坏分析

    3.2.3 断裂能分析

3.3 声发射信号特征参数

    3.3.1 特征参数简介

    3.3.2 幅频极值的物理意义

3.4 基于特征参数的损伤演化表征

    3.4.1 基于事件计数的损伤演化表征

    3.4.2 基于振铃计数的损伤演化表征

    3.4.3 基于能率的损伤演化表征

    3.4.4 基于幅频极值的损伤演化表征

3.5 基于声发射事件的损伤演化表征

    3.5.1 基于声源定位的损伤演化表征

    3.5.2 基于损伤度的损伤演化表征

3.6 本章小结

第4章 单轴压缩作用下混凝土损伤演化表征

4.1 引言

4.2 单轴压缩实验

    4.2.1 加载方案

    4.2.2 试件破坏形貌

4.3 基于声发射特征参数的损伤演化表征

    4.3.1 力学性能分析

    4.3.2 声发射特征参数分析

    4.3.3 基于幅频极值的损伤累积

4.4 基于声发射事件的损伤演化表征

    4.4.1 声发射事件三维筛选

    4.4.2 声发射事件二维投影

    4.4.3 损伤局部化区域表征

4.5 本章小结

第5章 基于随机骨料模型混凝土损伤演化表征

5.1 引言

5.2 随机骨料模型

    5.2.1 Monte-Carlo方法

    5.2.2 骨料级配曲线

    5.2.3 随机骨料参数

    5.2.4 随机骨料生成

    5.2.5 多边形骨料

5.3 细观模型

    5.3.1 模型生成

    5.3.2 混凝土各相材料参数

    5.3.3 边界条件及破坏准则

5.4 混凝土单轴压缩数值计算

    5.4.1 数值模拟应力-应变分析

    5.4.2 应变场分析

5.5 损伤演化分析

    5.5.1 表面损伤演化分析

    5.5.2 三维损伤演化分析

5.6 本章小结

第6章 基于损伤累积诱致软化的混凝土本构模型

6.1 引言

6.2 无损伤的细观模型

6.3 有损伤的细观模型

6.4 损伤灵敏度分析

6.5 基于损伤累积的应力-应变关系

6.6 本章小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢

文章摘要:混凝土是土木工程中用途最广、用量最大的建筑材料。作为一类非均质多相复合材料,材料初始缺陷的随机性,导致其力学性能在服役过程中表现为强非线性,特别是初始缺陷诱导的损伤演化导致材料的灾变破坏具有不确定性。为探讨和揭示混凝土材料的损伤演化规律,对混凝土结构灾变破坏实现预警,本文针对实际工程应用中混凝土构件的基本变形形式,通过三点弯曲和单轴压缩的准静态加载实验,利用声发射技术,对混凝土损伤演化表征进行了研究。基于细观力学理论,根据材料损伤累积诱致软化效应,建立了混凝土损伤本构模型。通过标定声发射采集系统参数、测定试件中信号传播速度,设计和优化声发射传感器布置方式,搭建了研究混凝土损伤演化表征的位移信号和损伤信号同步观测实验平台。采用无引导裂缝混凝土梁三点弯曲实验,基于全程采集声发射振铃计数、能率和幅频极值等特征参数,多参数分析了拉伸载荷导致混凝土损伤演化过程。创新性采用幅频极值,丰富了声发射描述混凝土损伤演化过程的多参数系统。综合分析各参数描述的损伤演化特征,确定了弯曲变形条件下混凝土材料损伤演化诱致灾变破坏的规律。通过单轴准静态压缩实验,利用多参数系统分析混凝土材料受压状态下损伤演化的表征。基于声发射特征信号与加载过程应力-应变关系曲线,得到不同加载阶段混凝土材料损伤演化表征。对声发射事件进行三维筛选和二维投影处理,确定了试件内部损伤累积汇集为损伤带的演化规律,并基于克里金方法描述了损伤局部化区域的形貌。建立混凝土随机骨料有限元模型,对骨料、砂浆基体和界面过渡区分别赋值材料属性,根据最大应变失效准则,模拟单轴准静态压缩条件下混凝土材料损伤演化全过程。研究了试件表面和内部的损伤演化表征,得到了损伤累积-应变曲线。运用复合材料力学经典夹杂理论,建立了二相脆性复合材料的细观力学模型,通过增强相界面损伤的空洞化等效处理,对Differential Scheme方法进行了改进,得到了含损伤的Differential Scheme方法。基于该方法,以混凝土为例,分析了骨料界面损伤量对混凝土材料的软化作用,以及损伤量对材料软化作用的灵敏度。引入损伤等量演化假设,根据骨料损伤累积对混凝土材料的软化效应,提出了损伤诱致软化和破坏的割线本构模型,得到混凝土的应力-应变关系。

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