【优】混凝土细观损伤破坏过程的数值模拟 河海大学最全PPT资料

多轴应力状态情况 DTD TCD C
CT 1
T
C
i i
HiTi (Ti Ci ) ~2
HiCHeaviside函数
~ 2 H i(T 2 i C 2 i2TiC)i
i
i TiCi
正主应力引起的应变
负主应力引起的应变
单轴拉伸
混凝土细观损伤破坏过程的数值试验
拉应力（MPa）
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0 0
10 20 30 40 50 60 70 80
轴向应变( G10-4)
极限荷载下纵剖面和横截面的损伤分布
劈裂
fts
2P
LD
算出混凝土的抗拉强度值为，与单轴拉伸试验相比要小 一些（2.5MPa)，其实由劈裂试验得到的极限承载有一定的随机 性，因为不同的荷载施加部位（沿周边）由于骨料的随机分布将
椭球骨料投放
骨料网格剖分
界面网格剖分
梁：150mm*220mm*1600mm 网格剖分
细观各组份的本构关系
骨料
Drucker-Prager
界面
Mohr-coulomb
水泥砂浆
Mazars损伤本构模型
单轴拉伸情况
1 1 E 0
1 f
1 E 0 {f(1 A T ) ex B T A ( T p 1 1 [f)} ] 1f
混凝土细观损伤破坏过程的数 值模拟及宏观参数的估算
夏晓舟
河海大学工程力学系 2006年5月27日
三维细观有限元模型的建立
骨料随机投放及网格生成 块状：150mm*150mm*150mm
砂浆的网格剖分 骨料的网格剖分 界面的网格剖分
柱状：D=100mm, H=200mm 砂浆的网格剖分 骨料的网格剖分 界面的网格剖分
6
C=1.7MPa
C=1.6MPa
4
11.0
10.5
10.0
9.5
ES=5200MPa
ES=4680MPa
9.0
ES=4160MPa
极限承载力P（KN）
荷载（KN）
8.5
假定混凝土有效模量在演化过程中泊松比保持不变
混凝土宏观2有效模量的数值估算
8.0
且软化也逐步呈现脆性特征，即围压 的位移约束00也.00应调整0到.05与荷载0.共10 线的部0.1位5 ），0然.20后所有劈裂试 损伤参数Bc越大，混凝土跨强中化点挠度（mm） 梁中部任意三个横截面的损伤分布
荷载（ KN）
对单轴压缩7试验而言，考虑施加荷载与试件表AT面=0的.74摩擦效应所得到的单轴抗压强度远大于不考虑摩擦效应所得到的单轴抗压强度，且
损伤参数A 越小，即软化段越缓，则 二分者布之 在间试的块56损周伤围分的布一存些在地极方大。的差异，对于不AATT考==00虑..6682摩擦效应的试块，其损伤分布几乎T充满整个试块，而考虑摩擦效应的情形，损伤只
会导致不同的结果，所以真正要通过劈裂试验来推求抗拉强 度，需进行多组试验，每组试验对应不同的荷载施加部位（相应
的位移约束也应调整到与荷载共线的部位），然后所有劈裂试 验进行统计平均，以最终确定混凝土的抗拉强度。
单轴压缩 考虑摩擦影响的方块单轴压缩时损伤分布 不考虑摩擦影响的方块单轴压缩时损伤分布
不同围压下的假三轴试验
ε1f2 -1f2
E0(1D C)
D D C C 1 0f(1 AC)exB p CA ([C f)] ff
单轴压缩损伤演化曲线
σ1E0ε1 σ1E0{εf (ν1 A 2c)expc( [A νB cε1ε1 2εf)}]
ε1f2 -1f2
E0(1D C)
D D C C 1 0f(1 AC)exB p CA ([C f)] ff
混凝土宏观有效模量的数值估算
能量等效原则 混凝土复合材料
MPa
40
MPa
35
MPa
30
MPa
25
MPa MPa
20
15
10
5
0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32
G
不同围压下的应力应变关系曲线
当围压低时，屈服强度低，随着围压 增大，峰值强度和屈服强度都增高， 且软化也逐步呈现脆性特征，即围压 越大，压碎的可能性比压剪的可能性
它阻止损伤出现局部化的能力就越强， 极限荷载下4纵剖面和横截面的损伤分布
AT=0.59
3 2
AT=0.56 AT=0.53
因而导致梁的承载能力也越高
1
0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
梁中央底部某点的拉应变x( G10-4)
砂浆损伤参数AT的影响（ES=5200Mpa）
7.5
7.0 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
砂浆损伤参数AT
考虑摩擦影响的方块单轴压缩时损伤分布
损增伤大参 ，数峰A值c强越度大和，屈界混服凝面强土度强强都化增度特高的， 影响
Heaviside函数 因而导致梁的承载能力也越高
界面软化模量和砂浆损伤参数AT的影响
梁损会：伤导1参 致50数不mA同m11c0189的*越2结2大0果m，m，混*所1凝6以0土0真m强m正化要特通过劈裂试验AAATTT来===100推...098000求抗拉强
大。
( MPa)
MPa
30
25
20
15
Ac=1.5,Bc=2000
10
Ac=1.5,Bc=1500
Ac=1.5,Bc=1000
5
0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
损伤参数Bc越大，混凝土强化 特性却表现得越弱。
砂浆损伤参数Bc的影响
损伤参数Ac越大，混凝土强化特 性表现得越强，软化特性相差不 大。
25
20
15
Ac=1.5,Bc=1500
10
Ac=1.2,Bc=1500 Ac=1.0,Bc=1500
5
0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
G
砂浆损伤参数Ac的影响
梁弯曲试验
面梁 损中 伤央 演下 化半 过部 程纵
剖
梁中部任意三个横截面的损伤分布
8
C=1.9MPa
C=1.8MPa
11E0(1D T)
D D T T 1 0f(1 1A T)exB p TA (T [1f)]
1f 1f
单轴拉伸损伤演化曲线
单轴压缩情况
1 0 0 (ij)0 1 0
0 0 1
(1 0)
1222322 1
σ1E0ε1 σ1E0{εf (ν1 A 2c)expc( [A νB cε1ε1 2εf)}]