混凝土破坏过程的三维细观数值模拟与CT试验验证

摘要

本文从细观力学的角度出发将混凝土视为由骨料、砂浆及二者之间的界面所组成的三相复合材料，对大型商业有限元软件ANSYS 进行了二次开发，然后进行了混凝土破坏过程的数值模拟。 根据给定的试样尺寸, 骨料级配及混凝土配合比，计算混凝土试件内部各级骨料颗粒的数目，利用蒙特卡罗方法，产生骨料在试件中的随机位置，建立了模拟混凝土细观结构的三维数学模型。利用ANSYS 将混凝土数学模型在计算机上实现，建立混凝土三维随机骨料模型。对整个试样进行有限元网格划分，对骨料、 砂浆和界面单元的材料号进行自动识别，并对各材料的力学参数进行试验研究及赋值。通过上述方法，建立了混凝土圆柱体试件三维数值模型，研究了混凝土单轴压缩下的力学性能及破坏过程，模拟了混凝土材料从裂纹的萌生, 扩展, 贯通直到宏观裂纹产生导致破坏的过程，进行了数值模拟的结果与CT 试验结果的对比分析。 本文在建立混凝土三维细观数值模型方面进行了深入的研究,通过对混凝土圆柱体试件破坏过程的数值模拟，对混凝土在外力作用下的破坏机理有了进一步的认识，为研究混凝土强度提供了新的途径。