基于扩展有限元法的混凝土破坏数值模拟

摘要

传统宏观模型难于从细观尺度上研究混凝土材料在外荷载作用下裂纹萌生、扩展及贯通而导致材料断裂的过程,扩展有限元法(XFEM)是求解不连续力学问题中有效的数值方法.细观上将混凝土看作由骨料、砂浆及两者间过渡区界面组成的三相复合材料,基于瓦拉文公式建立细观随机骨料模型,模型真实地反映出混凝土骨料、砂浆和过渡区三个区域.以ABAQUS为平台,采用扩展有限元法模拟了混凝土在三点弯载荷作用下裂纹萌生扩展及试件断裂的细观和宏观损伤过程.计算结果显示了微裂纹绕过强骨料,从强度薄弱处的砂浆和过渡区穿过,直至贯通导致试件断裂的动态过程.