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

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 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 程序设计过程
• 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
• 3.2.2 Mazars损伤本构模型
• 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型
• 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