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单轴受拉条件下混凝土细观准脆性损伤模型理论及试验研究

作　者: 高谭坤
导　师: 许锡宾; 涂忠仁
学　校: 重庆交通大学
专　业: 港口海岸及近海工程
关键词: 混凝土损伤 准脆性损伤 损伤模型 间接拉伸试验
分类号: TU528.01
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


混凝土等准脆性材料，在外荷载或环境变化条件下，材料内部的微缺陷不断演化，导致结构的强度、刚度下降，以致最终破坏。研究混凝土受载过程中损伤特性的发展规律对混凝土结构的破坏预测、安全评价与可靠性分析具有非常重要的意义。本文依托重庆市建设科技计划项目“准脆性材料尺寸效应及强度计算研究”，开展了混凝土在单轴受拉条件下材料损伤演化过程与力学性能的研究，取得了以下主要成果：借鉴平行杆类模型和随机损伤模型的思想，将混凝土试件抽象成由一系列的代表性体积单元串联而成，每个代表性体积单元都是由理想弹脆性的弹簧、弹塑性杆件和两端的刚性板组（弹簧来模拟混凝土材料的断裂损伤，弹塑性杆来模拟韧性损伤），建立了能够模拟损伤过程中微缺陷发展的相互作用的混凝土细观准脆性损伤模型。新建立的损伤模型能够更合理地描述临界状态前混凝土损伤在热力学过程和几何过程上的分布与性状。基于混凝土单轴受拉特性、声发射试验和现代非线性科学相关理论确定了特征应变的取值。根据混凝土的非均质特性，基于修正平行杆模型，引入各相材料的力学参数屈服概率密度函数和断裂概率密度函数分别服从于Weibull分布和正态分布的假设，并在此基础上推导了损伤演化方程，将得到的混凝土细观准脆性损伤模型与其他学者基于平行杆模型思想的修正平行杆模型及随机损伤模型进行了对比分析，论证了本论文推演模型在损伤描述和参数选取的合理性，并通过算例进行了进一步的验证。对9组混凝土试件进行了间接拉伸试验，为全面深入地研究混凝土在单轴拉伸条件下的应力—应变关系以及混凝土力学性能的变化规律提供了可信的试验数据，并将试验结果与细观准脆性损伤模型计算结果进行了对比分析，验证了细观准脆性损伤模型的合理性。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-19
  1.1 研究背景及问题的提出  8-10
    1.1.1 研究背景  8-9
    1.1.2 问题的提出  9-10
  1.2 研究现状  10-17
    1.2.0 混凝土损伤损伤理论  10-13
    1.2.1 混凝土损伤的研究方法  13-14
    1.2.2 混凝土细观损伤试验  14-16
    1.2.3 混凝土细观数值试验  16-17
  1.3 本文主要工作  17-19
    1.3.1 主要工作  18
    1.3.2 技术路线  18
    1.3.3 创新点  18-19
第二章 混凝土损伤力学基本理论  19-37
  2.1 损伤力学  19-21
  2.2 损伤力学基本思想  21-27
    2.2.1 热力学基础  21-25
    2.2.2 能量等价原理  25
    2.2.3 应变等价原理  25-26
    2.2.4 损伤变量的定义  26-27
  2.3 混凝土损伤本构模型  27-36
    2.3.1 弹性损伤模型  27-28
    2.3.2 弹塑性损伤模型  28-29
    2.3.3 细观唯象损伤模型  29-36
  2.4 本章小结  36-37
第三章 混凝土细观准脆性损伤模型  37-62
  3.1 损伤基本假定  37-38
  3.2 模型建立过程  38-41
  3.3 参数确定方法  41-48
    3.3.1 单轴拉伸变形宏观特性  41-42
    3.3.2 脆性损伤和塑性损伤  42-43
    3.3.3 协同学原理和突变论  43
    3.3.4 声发射现象  43-45
    3.3.5 特征强度分布函数的选取  45-48
  3.4 演化方程的推导  48-52
    3.4.1 代表性体积单元的随机损伤分析  48-50
    3.4.2 均匀损伤阶段混凝土随机损伤本构关系  50-52
  3.5 与修正的平行杆模型对比  52-54
    3.5.1 对比损伤的描述  52-53
    3.5.2 对比参数的选取  53-54
  3.6 与随机损伤模型对比  54-55
  3.7 算例  55-60
  3.8 本章小结  60-62
第四章 混凝土单轴受拉试验  62-84
  4.1 试验方法  62-63
  4.2 试验过程  63-70
    4.2.1 试件制备  63-66
    4.2.2 试验设备  66-67
    4.2.3 操作过程  67-70
  4.3 试验结果  70-78
  4.4 试验结果与理论计算结果对比  78-82
    4.4.1 理论计算  78-79
    4.4.2 试验结果与理论计算结果对比  79-82
  4.5 本章小结  82-84
第五章 结论与展望  84-86
  5.1 结论  84-85
  5.2 展望  85-86
参考文献  86-88
致谢  88-89
在校期间发表的论著及取得的科研成果  89

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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 > 一般性问题 > 基础理论
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