混凝土斷裂力學(xué)特性試驗(yàn)研究與數(shù)值仿真
本書在介紹現(xiàn)有經(jīng)典斷裂力學(xué)理論和模型的基礎(chǔ)上，整理總結(jié)了作者近十年的研究成果。主要特色是采用電子散斑干涉技術(shù)和數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)對(duì)混凝土的裂紋擴(kuò)展規(guī)律進(jìn)行觀測(cè)，積累了大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)；另外，結(jié)合數(shù)值仿真技術(shù)，對(duì)混凝土的斷裂行為進(jìn)行模擬并與試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比分析。值得一提的是，筆者團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)的增量位移配合法求解混凝土的拉伸軟化曲線，可以減少傳統(tǒng)逆分析過(guò)程中的不適定問(wèn)題。本書對(duì)混凝土斷裂特性的試驗(yàn)研究和數(shù)值仿真，可以為研究混凝土斷裂力學(xué)提供不同的思路，為研究其他準(zhǔn)脆性材料的斷裂特性提供參考
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目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 混凝土斷裂力學(xué)研究背景 1
1.1.1 混凝土的基本力學(xué)特性 2
1.1.2 混凝土的破壞過(guò)程及機(jī)理 2
1.1.3 混凝土的斷裂行為 3
1.2 混凝土材料的失效準(zhǔn)則 4
1.2.1 基于強(qiáng)度的失效準(zhǔn)則 5
1.2.2 基于斷裂力學(xué)的失效準(zhǔn)則 6
1.3 混凝土斷裂力學(xué)研究現(xiàn)狀 7
1.3.1 試驗(yàn)研究現(xiàn)狀 7
1.3.2 數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀 8
1.3.3 混凝土斷裂過(guò)程區(qū)的研究現(xiàn)狀 9
1.3.4 往復(fù)荷載下混凝土斷裂特性研究現(xiàn)狀 11
參考文獻(xiàn) 12
第2章 斷裂力學(xué)基本理論 17
2.1 彈性平面問(wèn)題基本理論 18
2.2 線彈性斷裂力學(xué) 20
2.2.1 應(yīng)力強(qiáng)度因子和斷裂韌度 20
2.2.2 應(yīng)變能釋放率 21
2.2.3 幾種常見邊界的應(yīng)力強(qiáng)度因子解析式 22
2.3 混凝土非線性斷裂力學(xué) 25
2.3.1 黏聚裂縫模型 26
2.3.2 等效彈性裂縫模型 31
2.4 黏聚裂縫模型本構(gòu)關(guān)系 38
2.4.1 黏聚裂縫模型假設(shè) 38
2.4.2 黏聚應(yīng)力關(guān)系的確定 39
2.4.3 逐點(diǎn)位移配合法 42
參考文獻(xiàn) 42
第3章 混凝土斷裂力學(xué)特性試驗(yàn)研究 47
3.1 混凝土Ⅰ型斷裂試驗(yàn)方法 47
3.1.1 直接拉伸試驗(yàn) 47
3.1.2 楔入劈拉試驗(yàn) 48
3.1.3 三點(diǎn)彎曲試驗(yàn) 51
3.2 混凝土裂縫的觀測(cè)方法 62
3.2.1 ESPI技術(shù) 63
3.2.2 DIC技術(shù) 66
3.3 ESPI技術(shù)測(cè)量誤差分析 69
3.3.1 消除ESPI測(cè)量誤差的方法 70
3.3.2 剛體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的位移誤差 71
3.3.3 剛體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的應(yīng)變誤差 74
3.3.4 試驗(yàn)驗(yàn)證 76
3.3.5 位移和應(yīng)變誤差的修正步驟 78
參考文獻(xiàn) 78
第4章 混凝土斷裂行為數(shù)值模擬 81
4.1 數(shù)值模擬解決裂縫擴(kuò)展的常用方法 81
4.1.1 有限元法 82
4.1.2 數(shù)值流形法 82
4.1.3 無(wú)網(wǎng)格法 83
4.1.4 邊界元法 83
4.1.5 擴(kuò)展有限元法 84
4.2 利用ABAQUS軟件的裂縫擴(kuò)展模擬 84
4.2.1 虛擬裂縫閉合技術(shù) 84
4.2.2 內(nèi)聚力模型 92
4.2.3 擴(kuò)展有限元法 98
4.2.4 三種方法的對(duì)比分析 103
4.3 采用Fortran語(yǔ)言編程的數(shù)值仿真 105
4.3.1 彈性裂縫體數(shù)值模擬 105
4.3.2 混凝土裂縫的非線性數(shù)值模擬 109
參考文獻(xiàn) 113
第5章 單調(diào)加載下混凝土的斷裂特性 115
5.1 等效裂縫模型介紹 116
5.2 三點(diǎn)彎曲試驗(yàn) 119
5.2.1 材料和配合比 119
5.2.2 試驗(yàn)裝置 120
5.3 試驗(yàn)結(jié)果及討論 121
5.3.1 抗壓強(qiáng)度f(wàn)cu和彈性模量E 121
5.3.2 荷載-撓度曲線 121
5.3.3 斷裂韌度 122
5.3.4 強(qiáng)度對(duì)斷裂參數(shù)的影響 123
5.4 ESPI技術(shù)測(cè)量結(jié)果分析 126
5.4.1 ESPI測(cè)量注意事項(xiàng) 126
5.4.2 裂縫擴(kuò)展過(guò)程實(shí)時(shí)觀測(cè) 126
5.4.3 試件梁的整體變形分析 127
5.4.4 試件梁的局部變形分析 130
5.4.5 裂縫尖端的確定 133
參考文獻(xiàn) 134
第6章 逐點(diǎn)位移配合法確定混凝土的拉伸軟化曲線 136
6.1 逐點(diǎn)位移配合法介紹 137
6.1.1 基本假設(shè) 137
6.1.2 IDCM的理論背景 137
6.1.3 IDCM的計(jì)算步驟 139
6.2 混凝土斷裂試驗(yàn) 142
6.2.1 混凝土配合比和試件 142
6.2.2 三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)裝置 143
6.2.3 巴西劈裂試驗(yàn) 144
6.3 試驗(yàn)結(jié)果及討論 145
6.3.1 試件梁斷裂面形態(tài) 145
6.3.2 荷載-位移曲線 147
6.3.3 混凝土裂縫演化規(guī)律 149
6.3.4 裂縫張開位移和裂縫長(zhǎng)度 152
6.3.5 斷裂過(guò)程區(qū)的增韌機(jī)制 152
6.4 數(shù)值模擬及結(jié)果討論 154
6.4.1 數(shù)值模型 154
6.4.2 不同強(qiáng)度混凝土的拉伸軟化曲線 155
6.4.3 TSC的準(zhǔn)確性驗(yàn)證 158
6.4.4 TSC的參數(shù)分析 159
6.4.5 斷裂過(guò)程區(qū)長(zhǎng)度 161
參考文獻(xiàn) 162
第7章 混凝土斷裂特性的尺寸效應(yīng) 166
7.1 混凝土斷裂試驗(yàn)介紹 167
7.1.1 試件設(shè)計(jì) 167
7.1.2 三點(diǎn)彎曲試驗(yàn) 167
7.2 試驗(yàn)結(jié)果及討論 168
7.2.1 荷載-位移曲線 168
7.2.2 全場(chǎng)位移場(chǎng) 172
7.2.3 裂縫張開位移 173
7.2.4 混凝土梁的斷裂參數(shù) 176
7.2.5 斷裂參數(shù)的尺寸效應(yīng) 178
7.3 斷裂過(guò)程區(qū)特性的尺寸效應(yīng) 184
7.3.1 斷裂過(guò)程區(qū)演化的定性觀察 184
7.3.2 斷裂過(guò)程區(qū)演化的定量分析 187
7.3.3 拉伸軟化曲線 190
參考文獻(xiàn) 193
第8章 往復(fù)荷載下混凝土斷裂特性試驗(yàn)研究 196
8.1 試驗(yàn)介紹 197
8.1.1 混凝土試件準(zhǔn)備 197
8.1.2 三點(diǎn)彎曲試驗(yàn) 198
8.2 試驗(yàn)結(jié)果及討論 200
8.2.1 試件梁的荷載-位移曲線 200
8.2.2 試件梁的名義剛度 203
8.2.3 混凝土梁的耗散能與斷裂能 207
8.3 混凝土的斷裂過(guò)程區(qū)特性分析 209
8.3.1 斷裂過(guò)程區(qū)的識(shí)別 209
8.3.2 斷裂過(guò)程區(qū)的長(zhǎng)度 213
8.3.3 斷裂過(guò)程區(qū)的寬度 217
8.3.4 斷裂過(guò)程區(qū)的形狀 218
8.3.5 斷裂過(guò)程區(qū)的損傷演化 219
參考文獻(xiàn) 224
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