基于碱-铝硅酸盐胶凝材料的新型轻骨料混凝土细观损伤研究

摘要

目前无论是普通混凝土还是轻骨料混凝土,大都采用水泥作为胶凝材料,总所周知,水泥在生产过程中产生大量的二氧化碳、硫化物、氢化物等有害气体,对环境污染严重。基于此,本课题组研制了一种新型的胶凝材料——碱-铝硅酸盐胶凝材料,它具有较高的强度、较好的耐酸碱腐蚀性、耐高温性能、快硬固化性能及较低的生产能耗,是一种新型的绿色生态环保胶凝材料。基于碱-铝硅酸盐胶凝材料,本课题组选用轻骨料制备了一种具有轻质、高强、耐久性优良、工作性能好的轻骨料混凝土。本文以基于碱-铝硅酸盐胶凝材料的轻骨料混凝土为研究背景,从细观角度对其展开研究。
　　 从细观层次上将这种轻骨料混凝土视为由轻骨料、浆体、界面组成的三相非均质复合材料,在分析轻骨料混凝土细观结构原理的基础上,通过FORTRAN语言编程实现圆形骨料、椭圆形骨料、五边形骨料三类轻骨料随机分布细观结构模型的坐标数据,再用ANSYS提供的二次开发工具APDL编程调用坐标数据生成细观结构模型,并用UIDL语言开发用户图形界面。从基于碱-铝硅酸盐胶凝材料的轻骨料混凝土内部缺陷分布的随机性出发,结合损伤力学理论,建立了轻骨料混凝土单轴压缩下的损伤本构模型,然后通过自编程序实现耦合损伤来模拟轻骨料混凝土损伤演化过程,分析各相力学参数均质度、轻骨料含量、轻骨料形状及试件尺寸等因素对轻骨料混凝土宏观强度的影响规律。并通过轻骨料混凝土单轴压缩实验,验证本文数值模拟方法的可行性及正确性。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 轻骨料混凝土材料的研究现状

1.2.2 细观结构模型研究现状

1.2.3 数值方法研究现状

1.3 本文主要工作

第二章 轻骨料混凝土细观结构模型自动生成程序设计

2.1 细观结构模型生成原理

2.1.1 骨料级配理论

2.1.2 蒙特卡罗方法

2.1.3 轻骨料随机分布模型

2.1.4 力学参数随机分布

2.2 程序发计过程

2.2.1 轻骨料颗粒计算程序

2.2.2 轻骨料随机分布程序

2.2.3 力学参数随机分布程序

2.3 用户图形界面二次开发

2.3.1 设计语言UIDL简介

2.3.2 UIDL文件调用过程

2.3.3 用户图形界面设计

2.4 本章小结

第三章 新型轻骨料混凝土细观损伤本构模型及ANSYS二次开发

3.1 轻骨料混凝土损伤机理

3.2 常用损伤本构模型

3.2.1 Loland损伤本构模型[43]

3.2.2 Mazars损伤本构模型[44]

3.2.3 分段线性与曲线损伤本构模型

3.3 新型细观随机损伤本构模犁

3.4 耦合损伤有限元分析方法

3.4.1 全解耦法

3.4.2 全耦合法

3.4.3 半解耦法

3.4.4 局部耦合法

3.4.5 耦合损伤有限元分析二次开发

3.5 本章小结

第四章 新型轻骨料混凝土单轴压缩实验

4.1 实验方案

4.1.1 材料

4.1.2 试件

4.1.3 实验设备

4.2 实验结果与分析

4.2.1 应力-应变曲线

4.2.2 轻骨料含量对抗压强度的影响

4.2.3 轻骨料含量对弹性模量的影响

4.3 本章小结

第五章 新型轻骨料混凝土单轴压缩损伤演变模拟计算

5.1 数值模型的建立

5.1.1 计算模型

5.1.2 计算参数

5.1.3 计算方案

5.2 计算结果与分析

5.2.1 损伤演化过程

5.2.2 力学参数均质度影响

5.2.3 轻骨料含量影响

5.2.4 轻骨料形状影响

5.2.5 试件尺寸影响

5.2.6 净浆试件单轴压缩数值模拟

5.3 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 全文结论

6.2 工作展望

参考文献

致谢