细观分析

摘要： 为了探究不同骨料粒径及不同胶凝材料用量对透水混凝土内部孔隙结构的影响,采用CT扫描技术对不同骨料粒径以及不同胶凝材料用量的试件进行了试验,并使用重构软件对扫描结果进行了二维及三维分析。结果表明:主要影响透水混凝土孔隙结构的因素是骨料粒径和胶凝材料用量;孔隙结构可以看作由孔室和孔喉两部分组成,骨料粒径对孔室的影响较大,孔室的大小随着骨料粒径的增大逐渐向大孔室发展;孔喉面积主要受胶凝材料用量的影响;孔喉面积对透水混凝土的透水率有一定的影响。

摘要： 高寒地区碾压混凝土重力坝越冬层的保温是坝体温控防裂的关注要点。不同于传统的外部保温措施,本文提出一种用于RCC坝越冬层面的碾压式导电混凝土(Electrically conductive Roller-Compacted Concrete,ERCC),可通过自发热解决寒潮期坝体内外温差大的问题。ERCC的电热性能是区别于常规混凝土的主要特性,电阻率是其关键参数。首先制备了不同粗骨料含量的ERCC试件,测量不同龄期下电阻率的变化趋势,得出粗骨料含量对电阻率的影响;进而建立ERCC-2D细观数值模型,分析了界面过渡区(Interfacial Transition Zone,ITZ)对混凝土电阻率的影响,通过数值计算对ITZ进行参数率定;最后通过耦合连续介质与非连续介质计算方法,建立出不同粗骨料含量下的ERCC-3D细观数值模型,通过试验验证细观数值模拟的正确性。可以发现,混凝土中骨料含量增加可显著增大ERCC 28 d龄期的电阻率;ITZ的电阻率为砂浆电阻率1.5倍,且ITZ电阻率对混凝土电阻率几乎无影响;为量化ERCC电阻率与骨料含量和砂浆的关系,结合试验与细观数值模拟提出了ERCC电阻率数学计算模型;保持粗骨料体积分数不变,试件尺寸和级配的变化对ERCC电阻率无影响。

摘要： 为了研究库布齐沙漠风积沙的宏细观力学特性,采用自行设计的可视化试验仪器对风积沙进行直剪试验和压缩试验,使用数码相机对试验过程进行拍摄,利用数字图像分析软件PhotoInfor对试验照片进行分析,得到土样位移场和应变场云图,并通过数值模拟软件(Particle Follow Code,PFC)对风积沙直剪试验、压缩试验和三轴试验进行数值模拟,对颗粒的细观变化进行分析。通过试验发现剪切初期风积沙颗粒较为分散,随着剪切的进行,大颗粒产生位移并形成剪切带,最终剪切带贯通、稳定,在直剪过程中剪切带以上土颗粒向上竖直运动。由于压缩试验是在侧限条件下进行的,变形过程中颗粒体水平方向的速度较小,而竖直方向速度基本等同于压缩速度,越靠近荷载施加位置的颗粒体竖向位移越明显。

摘要： 为了研究以再生骨料为粗骨料的大孔径多孔混凝土的细观结构,将混凝土看作由骨料、砂浆基质、界面过渡区及孔隙等组成的多相复合材料.利用医用CT对试件进行扫描,获得CT图像和CT值等数据.分别考虑了不同预设孔隙率和不同再生骨料替换率的影响,采用Matlab图像处理技术对多孔混凝土各相组分进行直观表征,同时分别采用CT法和孔隙率测量试验法计算多孔混凝土的体积孔隙率,对比验证CT法测算体积孔隙率的可行性,最后采用阈值分割算法进行试件面层孔隙率计算,定量评价多孔混凝土孔隙分布的连续性与均匀性.结果表明:大孔隙率和高再生骨料替换率会导致多孔混凝土出现大孔隙增多、且形状由光滑圆形向不规则形状或矩形发展的趋势;对于振动成型的试件,沿高度方向面层孔隙率变化较大,且变化剧烈的部分集中在试件上部,孔隙率连续性较差;利用CT法测算试件体积孔隙率,结果与试验法相接近且略大于试验法;试件孔隙分布的均匀性与孔隙率呈负相关.

摘要： 采用离散元法建立了岩土颗粒的刚性簇与柔性簇的三轴试验数值模型,分析了两种颗粒模型在加载过程中的宏观力学响应规律,通过对颗粒配位数、孔隙率、颗粒旋转及能量变化的分析,从细观角度对岩土颗粒破碎的机理进行探讨.结果表明,柔性簇颗粒模型在加载破碎后,试样的体积缩小明显,颗粒更容易发生旋转,且颗粒破碎生成的动能、耗散的阻尼能均比颗粒未破碎时大.研究对比发现刚性簇颗粒没有体力能的消耗,这表明颗粒破碎是一个细观变化过程,破碎的颗粒运动更剧烈,产生能量更多,更容易填充试样内部孔隙;相比于刚性簇颗粒,柔性簇颗粒的配位数更低,试样强度较不破碎时更低,说明颗粒破碎会影响岩土的宏观力学性能,增加土体自身受力的不确定性.

摘要： 为了直观研究沥青的自愈合性能,采用BBS(binder bond strength)拉拔实验探究温度、水分、老化及改性剂对沥青自愈合性能的影响,并利用CT(computed tomography)扫描实验,从细观角度观测沥青在不同条件下的自愈合进程.BBS实验结果表明:较高温度与干燥条件有利于沥青的自愈合,水分不利于沥青的短期与长期愈合,但能够提高中期阶段的愈合率;4.5％(质量分数)SBS改性沥青的愈合性能与多次破坏-愈合循环后的稳定强度均低于基质沥青,且其愈合性能对老化作用的敏感度较低.CT实验结果表明沥青的愈合进程主要包括"聚合、圆润化及外移"三特征.CT扫描图像验证了高温干燥条件对沥青自愈合的有利影响及对SBS改性剂的不利影响.

摘要： 选用普通沥青混凝土、玄武岩纤维沥青混凝土、SBS改性沥青混凝土、玄武岩纤维+SBS改性沥青混凝土为研究样本,采用数字图像相关(DIC)技术,从细观角度对重复荷载作用下4种沥青混凝土小梁试件进行全局位移、应变测量,并对其裂缝发展进行时间及空间上的分析;以融雪剂(盐溶液)冻融循环作用下裂纹稳定发展阶段的应变集中速率为指标,采用正交试验极差分析和方差分析,研究玄武岩纤维、冻融循环次数、盐溶液(NaCl、CH3 COOK、CaCl2)对沥青混凝土小梁试件应变集中速率的影响.结果 表明:玄武岩纤维沥青混凝土的寿命与应变集中程度有很大关联;SBS改性剂与玄武岩纤维的加强方式有互补性;在相同盐冻融循环条件下,玄武岩纤维的加入可以减小沥青混凝土的应变集中速率;盐溶液对沥青混凝土应变集中速率的影响大小依次为CaCl2、NaCl、CH3 COOK;盐冻融的主要作用方式依旧是冰冻结晶刺入.

摘要： 为探究EPS颗粒混合轻量土的动力变形机理,通过对轻量土进行室内动三轴试验,并利用三维离散元软件PFC3D建立相应数值模型,得到宏观滞回曲线和细观参数影响规律、颗粒间接触力和位移场分布图.研究结果表明:EPS颗粒混合轻量土的动应力–动应变关系曲线具有应变硬化特性和应变累积性;摩擦系数和接触黏结强度主要控制破坏强度,刚度比控制初始弹性模量.试样加载过程中,随着荷载逐级递增,颗粒间接触力整体增大,按颗粒间接触力大小排列为:土颗粒–土颗粒>土颗粒–EPS颗粒>EPS颗粒–EPS颗粒;两端颗粒在竖直方向上向中部运动,中部颗粒在水平方向上向外围运动;由于阻尼效应,中部颗粒的位移相对于两端颗粒具有"滞后性",且宏观上表现为试样整体被压缩.

摘要： 从细观力学角度着手研究岩土等离散介质的变形和受力特性是一种重要的方法,基于细观力学理论的PFC2D数值仿真试验技术,可以从细观角度揭示注浆过程中拉压应力场的分布、土颗粒的变形运动及其与浆液的耦合作用过程等注浆进程的发展动态,为软弱土、风化岩和破碎带等不良地质体的注浆加固分析研究提供了一种新的途径.基于流固耦合原理的PFC2D颗粒流数值模拟程序,运用其内置FISHTANK函数库和FISH语言,分别定义流体域的流动方程和压力方程,对注浆过程中浆液的扩散过程、形态及颗粒的位移情况进行了数值模拟计算.通过调节PFC命令流中的hist,n_bond,s_bond和measure等参数,实现了颗粒体位移变动的追踪,并揭示了不同深度土体浆液的扩散规律和地层孔隙率改变等细观机理.数值计算表明,注浆压力对地层结构的改变和破坏作用十分显著,黏结强度增加劈裂效果逐渐变差,孔隙率随注浆压力提高则显著增大.基于Mohr-Colomb准则的弹塑性理论对钻孔周围土体的应力场进行理论推导,指出环向受拉径向受压的力学机制是劈裂注浆作用方式出现的根本原因.浆液黏度增加有利于提高劈裂-压密注浆的注浆效果,摩擦因数增加则对注浆效果影响不大.实验室试验对比分析表明,PFC2D模拟注浆过程是可行的.

摘要： 混凝土细观分析中需要建立基于骨料-砂浆组成的混凝土计算模型。骨料颗粒形态、骨料颗粒级配、骨料在混凝土中的随机分布位置是建立细观计算模型的关键环节。在总结骨料形态描述、骨料级配确定方法和骨料随机分布方式的基础上，基于骨料的筛分实验测试、骨料级配的分形特征和骨料在混凝土中的随机分布，提出了一个建立细观计算模型的方法。该模型具有满足骨料实际配合比、骨料实际分布的特点。

摘要： 已建高堆石坝所出现的问题,表明对堆石坝筑坝材料的力学特性和变形机理、高堆石坝的工作性态和安全控制等基础理论研究不足,迫切需要加强堆石坝筑坝材料宏细观力学特性等基础问题的研究.堆石料作为堆石坝的主要筑坝材料,其结构特征对于研究工程特性而言非常重要,堆石料的结构特征研究必须从堆石颗粒的细观组构入手.本文对颗粒细观研究方法进行了改进,建立了基于随机散粒体不连续变形(SGDD)和FEM/DEM耦合数值的模拟方法.该方法能模拟颗粒的破碎,考虑颗粒真实形状.本文简要介绍了该方法在堆石料的缩尺效应、面板垫层厚度对面板应力变形的影响规律、滑坡堆积体失稳过程模拟等研究中的应用.结果表明,本文所提出的基于SGDD和FEM/DEM耦合数值的分析方法能有效地研究堆石料等散粒体材料的力学特性、揭示其力学机理,并能成功应用于工程实际,为工程建设提供一定的参考.

摘要： 钢筋混凝土的粘结本构关系对于结构或构件的细观分析有着至关重要的影响，本文就国内外对于影响粘结本构关系的因素进行了分析总结，就已有的粘结本构关系表达式进行了归纳、比较和总结，以及欧美规范对于粘结本构关系的考虑，结合作者的粘结试验研究和理论分析，给出了适合我国国情的单调荷载作用下粘结本构关系的表达式以及卸载时的刚度表达式。建议在具体应用粘结本构关系的表达式时，由于混凝土的变异和钢筋的几何尺寸的差异等等都对粘结本构有影响，若需得到十分精确的计算结果，则设计者应尽可能地考虑这一离散现象。

摘要： 型钢混凝土结构是一种具有优异抗震性能的结构体系,型钢与混凝土之间良好的粘结作用是保证型钢混凝土构件中型钢与混凝土协调工作的基础.本文主要从解决耐久性及型钢与混凝土之间粘结问题的角度研制适用于型钢混凝土结构的高强高性能混凝土.基于大量试验,分析了高强高性能混凝土的组成机理和工作性能,较系统地研究了今后型钢混凝土结构工程中将会大量应用的C60-C100高强高性能混凝土的力学性能.试验结果表明,所研制的高强高性能混凝土的各种性能均较普通高强混凝土有很大程度提高,特别是提高了型钢与混凝土的粘结强度.文章给出了各种强度指标回归公式并进行了细观分析.

摘要： 本文采用细观分析方法,在蜂窝型金属热防护板中选取典型蜂窝核,应用伽辽金原理进行了细观有限元数值分析,建立了蜂窝核空间薄壳的有限元数值计算列式,对金属热防护板进行了热分析计算,研究了结构参数对温度场分布的影响.结论表明:热防护板上盖板对温度场影响很大.

摘要： 本文提出了模拟缝合复合材料单层的DPS模型,并采用材料力学方法对该模型进行了细观分析,给出了缝合复合材料面内弹性常数的预测方法.同时,利用本文得到的方法对T300/QY8911缝合复合材料弹性常数进行了预测.通过与试验结果的对比分析证明,该预测方法具有非常高的准确性.

摘要： 混凝土的冻融破坏是影响其耐久性的重要因素之一,论文从细观层次研究了冻融循环过程中混凝土的热-力学行为.考虑水-冰相变产生潜热且发生冻胀变形的特点,将热-应力耦合模型扩展应用于冻融作用下混凝土力学问题的分析.同时,考虑到混凝土是一种典型的高度不均匀的复合材料,借助于蒙特卡洛法建立混凝土随机多边形的骨料模型(模型中区分砂浆、骨料以及界面过渡区),通过有限元数值模拟,在细观层次上着重研究了混凝土各组分在其受冻过程中所扮演的角色,探讨不同骨料级配的混凝土抗冻性能的差别,为混凝土抗冻性的研究提供理论参考.

摘要： 混凝土的冻融破坏是影响其耐久性的重要因素之一,论文从细观层次研究了冻融循环过程中混凝土的热-力学行为.考虑水-冰相变产生潜热且发生冻胀变形的特点,将热-应力耦合模型扩展应用于冻融作用下混凝土力学问题的分析.同时,考虑到混凝土是一种典型的高度不均匀的复合材料,借助于蒙特卡洛法建立混凝土随机多边形的骨料模型(模型中区分砂浆、骨料以及界面过渡区),通过有限元数值模拟,在细观层次上着重研究了混凝土各组分在其受冻过程中所扮演的角色,探讨不同骨料级配的混凝土抗冻性能的差别,为混凝土抗冻性的研究提供理论参考.

摘要： 混凝土的冻融破坏是影响其耐久性的重要因素之一,论文从细观层次研究了冻融循环过程中混凝土的热-力学行为.考虑水-冰相变产生潜热且发生冻胀变形的特点,将热-应力耦合模型扩展应用于冻融作用下混凝土力学问题的分析.同时,考虑到混凝土是一种典型的高度不均匀的复合材料,借助于蒙特卡洛法建立混凝土随机多边形的骨料模型(模型中区分砂浆、骨料以及界面过渡区),通过有限元数值模拟,在细观层次上着重研究了混凝土各组分在其受冻过程中所扮演的角色,探讨不同骨料级配的混凝土抗冻性能的差别,为混凝土抗冻性的研究提供理论参考.

摘要： 混凝土的冻融破坏是影响其耐久性的重要因素之一,论文从细观层次研究了冻融循环过程中混凝土的热-力学行为.考虑水-冰相变产生潜热且发生冻胀变形的特点,将热-应力耦合模型扩展应用于冻融作用下混凝土力学问题的分析.同时,考虑到混凝土是一种典型的高度不均匀的复合材料,借助于蒙特卡洛法建立混凝土随机多边形的骨料模型(模型中区分砂浆、骨料以及界面过渡区),通过有限元数值模拟,在细观层次上着重研究了混凝土各组分在其受冻过程中所扮演的角色,探讨不同骨料级配的混凝土抗冻性能的差别,为混凝土抗冻性的研究提供理论参考.

摘要： 本发明公开了一种炸药烤燃的宏细观数值分析方法，首先建立烤燃试验对象的三维宏观数值计算模型；将温度边界条件、烤燃试验对象的材料属性和自热反应源项赋予给三维宏观数值计算模型进行数值计算；在宏观点火位置处选定细观数值分析区域，将温度边界条件、烤燃试验对象的材料属性赋予给三维宏观数值计算模型重新进行数值计算，提取细观数值分析区域仅在热传导作用下的边界温度；建立三维冯洛诺伊图细观数值计算模型，将该边界温度作为细观数值计算模型的温度边界条件；同时将各炸药组分的材料属性和自热反应源项分别赋予给细观数值计算模型中对应的炸药组分区域，进行数值计算得到各炸药组分的温度分布以及率先发生点火响应的炸药组分。

摘要： 本发明公开基于细观结构特性的高聚物碎石料力学性能分析方法，包括：获取由基体高聚物、碎石和界面过渡区组成的SRP三相细观有限元模型；基于SRP三相细观有限元模型，分别获取基体高聚物密度、界面过渡区、碎石颗粒对SRP轴压性能的影响结果；基于影响结果，获取SRP轴压性能的影响因素以及各影响因素对SRP的影响结果，基于SRP轴压性能的影响因素以及各影响因素对SRP的影响结果预测不同细观组分参数下SRP的宏观力学性能。本发明能够对不同细观结构参数的SRP力学性能进行快速准确分析，为SRP的试验设计提供参考，还能够为高聚物碎石桩的工程应用提供依据，具有重要的科研意义和工程价值。

摘要： 本发明公开了一种结构界面处砂颗粒细观结构运动状态分析方法，包括根据拍摄的结构界面处砂颗粒受荷运动过程图像，计算砂颗粒的运动学参数，计算相邻砂颗粒接触点位置；根据相邻砂颗粒接触点位置和预设判断规则，判断相邻砂颗粒接触点摩擦类型；构建砂颗粒的运动学参数、相邻砂颗粒接触点摩擦类型结果图；根据砂颗粒的运动学参数，获取符合预设三角规则的砂颗粒三角结构，构建砂颗粒三角结构状态趋势图。本发明实现了结构界面处砂颗粒细观结构运动状态分析方法，同时本发明计算速度快、结果图形展示清晰丰富、应用范围广，能为分析结构界面处与土体相互作用特性提供有效的理论依据。

摘要： 本公开提供了一种基于宏细观参数关联准则的DEM细观参数标定方法，获取经室内基础力学试验得到的岩石DEM宏观力学参数；根据岩石DEM宏观力学参数、先验条件和预设机器学习模型，得到用于岩石力学特征模拟的岩石DEM细观力学参数；其中，细观力学参数为预设机器学习模型的预测结果与各先验证条件结果的加权和；本公开通过建立DEM宏观力学参数和细观力学参数标定的样本库，分析样本库中宏观力学参数和细观力学参数的关联，将其作为先验约束条件，结合预设的机器学习模型，实现了细观参数的快速标定，进而实现了更高精度的岩石力学特征模拟。

摘要： 本发明涉及一种基于动态拉伸试验的STF‑Kevlar织物细观有限元分析方法，通过对单根纱线进行动态拉伸试验，以获得单根纱线在动态拉伸时受到的应力‑应变曲线而得到纱线动态极限强度；并建立细观有限元数值模型，将纱间摩擦系数、动态杨氏模量和动态极限强度输入本构模型参数中，设置好其余边界条件进行弹道冲击条件下的细观有限元数值仿真计算。该数值仿真计算的结果相对于现有技术更加接近于真实织物弹道试验结果。

摘要： 本发明涉及一种水泥稳定再生集料的三维细观结构的建模分析方法，包括步骤：拟定模型的形状和尺寸；拟定所述模型中各粒径范围内颗粒相的体积之和与颗粒数目；生成所有粒径范围内的颗粒模型；将颗粒模型压缩至实际尺寸；将模型空间离散为物质点；赋予各物质点以材料属性；随机删除基体相粒子。该方法适用于构建考虑水泥稳定再生集料三维细观结构特征的物质点类的数值模型，尤其是在高骨料掺量的情况下，克服了一般随机骨料模型投放成功率低的缺点，可保证粒间接触紧密，该方法可方便地生成指定级配和颗粒形状的水泥稳定再生集料，量化评价其颗粒骨架结构和空隙特征。

摘要： 本发明使用语义分割网络，构建了混凝土各成分的识别提取模型，并将注意力机制结合至网络中，然后对图像数据集的样本的构造方式进行了改进，提出一个能够保证骨料完整性的样本构造方法，使得模型在学习时能够学到更多的特征信息且训练时能够更加稳定。经过实验对比，结果表明本文所用的模型效果好于传统算法，准确率能达到95％以上，能够很好的识别和提取骨料砂浆等成分，且提取的目标在边缘的平滑程度上要好于原模型。

摘要： 本发明公开了一种基于有限元分析的沥青混合料细观结构力链识别方法，属于颗粒增强复合材料细观力学行为仿真领域，具体步骤包括：基于有限元分析得到的沥青混合料力学响应识别力链，将沥青胶砂内应力集中的区域视为骨料的主要传力区域；通过局部检测法对每个沥青胶砂单元在小范围内进行是否发生应力集中的检测，能够从应力分布高度不均匀的沥青胶砂中准确地识别骨料的主要传力区域；定义了骨料的广泛接触区域，为与骨料共用节点的沥青胶砂单元；若主要传力区域是两个以上骨料的广泛接触区域的交集的子集，就确定了通过该主要传力区域传递力的骨料；将主要传力区域中应力最大单元的形心与相应骨料的形心相连，得到力链。

摘要： 本发明涉及一种适用于针刺复合材料的细观建模及多尺度分析方法，首先开展CT断层扫描试验，测量结构尺寸并获取特征参数；基于通用单胞模型对针刺区域进行几何划分，建立针刺部位的细观分析模型。然后针对针刺复合材料中的非针刺区域，采用连续介质损伤理论描述其损伤行为；考虑到针刺复合材料具有复杂的材料相，采用层次化建模的思路获取非针刺区域的等效弹性性能作为连续介质损伤理论模型的输入。最后，针对针刺部位不具备应用周期性边界条件的特性，提出一种局部区域体积平均方法，实现多尺度分析中细观‑宏观跨尺度数据的双向传递。

摘要： 本发明公开了基于双孔隙传输理论混凝土内部水分流动细观分析方法，其包括以下步骤：步骤a、利用微观测试手段压汞法测得混凝土内部孔隙率和孔隙尺寸分布数据，建立混凝土内部孔隙尺寸大小参数分布模型；步骤b、将混凝土内部孔隙分为大、小孔隙；步骤c、根据所建立的混凝土内部孔隙尺寸大小参数分布模型，分别确定大、小孔隙的孔隙率；步骤d、推导建立水分传输“双孔隙”模型；步骤e、确定水分传输边界条件；步骤f、建立混凝土细观分析模型；步骤g、结合所建立的水分传输“双孔隙”模型、混凝土细观分析模型，开展混凝土内部水分流动分析。本发明能准确分析混凝土内部水分传输及分布规律，可有效地适用于开展滨海钢筋混凝土结构耐久性分析。