本试验采用新开发的便携式电动加载设备西安理工大学,这是第一动力负载测试设备与CT扫描仪在中国( 23]。CT扫描仪使用马可尼M8000螺旋CT扫描的图像大小<在line-formula> 1024年 × 1024年 。最大但是扫描成像速度是0.5秒。装运扫描装置如图 1。

这个测试使用一年级C15混凝土圆柱试样,样品的直径60毫米,和is120mm长度;水灰比是0.4,总粒子大小是5 - 20毫米。治愈28天在标准条件下,样品,然后进行测试。

在测试,正弦波载荷是2赫兹的频率,和每个振动振幅超过3次,逐渐增加振幅。在单轴压缩的初始阶段,采用应力控制加载。在第二次扫描,调整加载位移控制和载荷增量是0.002毫米。在扫描期间,停止加载,但卸载不进行,压力峰值是维护。总共7进行扫描,直到测试样本时停止损坏。扫描位置如图 2,样品损伤的CT图像如图所示 3。

具体定义如下:

当<在line-formula> 0 ≤ P x , y , x < λ 1 ,这些材料被认为包含毛孔或断裂。它被称为孔裂纹区域和来标示<在line-formula> P 0 − λ 1 。

当<在line-formula> λ 1 ≤ P x , y , x < λ 2 、材料的完整性是通用和材料在水泥硬化区<在line-formula> t 并表示<在line-formula> P λ 1 − λ 2 。

当<在line-formula> λ 2 ≤ P x , y , x ≤ 1 ,材料完整性高聚合地区(粗和细骨料)和来标示<在line-formula> P λ 2 − 1 。

λ 1 裂缝带的门槛,水泥硬化区,然后呢<在line-formula> λ 2 是硬化水泥和骨料的门槛。<在line-formula> λ 1 和 λ 2 材料参数,这是常数。

分区的重点是如何确定合理的分割阈值<在line-formula> λ 1 和 λ 2 。对于均质岩石,<在line-formula> λ 1 和 λ 2 使用最大最小法可以获得。然而,对于混凝土,这种方法不能使用。该方法提出了基于均质材料。因此,它适用于异构的材料,如混凝土,是有限的。因此,用概率统计的方法来确定阈值。

混凝土复合材料是一种由骨料、砂浆和ITZ。分区的概念表明,其分辨率单元应该持续的一个组成部分,逐步分布,以避免大跳跃变化。分辨率单元的分布在不同的组件绑定到某一跳。这种观点表明,选择一个作为宇宙CT扫描<在line-formula> Ω ,总共137027分辨率的单位是必需的。阈值之间的统计关系,解决单元如图 5,横坐标是阈值,纵坐标是相应数量的统计单位。

如图 5阈值大约0.7和0.84时,分辨率统计单位的数量有一个大跳;因此,<在line-formula> λ 1 和 λ 2 分别是0.7和0.84。

首先,CT扫描图像需要处理,包括图像定位和图像CT数提取。FORTRAN语言编写的源程序是阅读CT扫描数据文件,进行详细的位置是根据图像。定位精度是CT分辨率点(约0.009毫米),基于模型的重建范围被确定,然后,提取CT重建范围内数量。

在CT图像,CT数越大,亮度越高,代表物质的密度就越大。形象,亮的地方是总(粗骨料和细骨料),灰色区域是砂浆(水泥水化、硬化的产物),黑色区域是孔和裂纹。

使用定量分区理论,FORTRAN源程序编译处理提取CT数字,然后,“混凝土数值模型的结构随机”重建的有限元软件。具体的建模思想如图 6。

结构随机”的“具体数值模型建立了根据上述建模思想如图 7。

按照物理测试,材料参数如表所示 1可以获得。

在数值模拟中,约束条件的完整约束样品表面和底部的水平限制示例顶面。具体的负载下的失败是由物质损失引起的。可以使用弹塑性损伤模型作为理论工具来处理压力混凝土材料的损伤。因此,本文采用塑性损伤模型,基于塑性和假定混凝土材料有两种损伤,一个是拉伸破坏<在line-formula> d t 主拉应力引起的,另一个是压力损失<在line-formula> d c 破碎造成的压力。为损伤变量<在line-formula> d t 和 d c ,他们的值范围<在line-formula> 0 , 1 。0时,它意味着材料完整无破损,当1,这意味着材料完全损坏。

有效应力和硬化变量描述的模型是: (5) σ ¯ = D 0 埃尔 : ε − ε pl ∈ σ ¯ F σ ¯ , ε ~ pl ≤ 0 , σ ~ ̇ pl = h σ ¯ , ε ~ π ∗ ε ̇ pl , ε ̇ pl = λ ̇ ∂ G σ ¯ ∂ σ ¯ 。

λ ̇ 和<在line-formula> F 应该满足Kuhn-Tucker条件,即<在line-formula> λ ̇ F ≤ 0 ,<在line-formula> λ ̇ ≥ 0 ,<在line-formula> F ≤ 0 。

柯西应力可以通过使用损害因素<在line-formula> d σ ¯ , ε ~ pl 和有效应力: (6) σ = 1 − d σ ¯ 。

材料单轴拉伸载荷下的损伤变形如图 8。<在line-formula> σ c 0 在失败的压力。当压力是在初始屈服应力<在line-formula> σ c 0 ,拉应力和应变之间的关系是线性的(线性弹性关系),然后,材料进入软化变形阶段。在这个过程中,材料的刚度退化。材料裂缝时,可以表示为 (7) ε ~ t ck = ε t − ε 0 t 埃尔 , ε 0 t 埃尔 = σ t E 0 。

它可以从图中获得 8: (8) ε ~ t pl = ε ~ t ck − d t 1 − d t σ t E 0 。

单轴压缩荷载作用下,当初始屈服应力(前的压力<在line-formula> σ c 0 ),材料的应力-应变关系是线性的弹性,这一阶段是弹性变形阶段。当压力之间<在line-formula> σ c 0 和极限应力(<在line-formula> σ c u ),材料在强化阶段,然后,压力继续增加,材料进入软化阶段。

根据<在line-formula> ε ~ c 在 (非弹性变形),相应的淬火可以获得数据。

从图可以看出 9,<在line-formula> ε ~ c 在 有以下的关系<在line-formula> ε 0 c 埃尔 : (9) ε ~ c 在 = ε c − ε 0 c 埃尔 , ε 0 c 埃尔 = σ c E 0 。

因此,可以从图中获得 9。 (10) ε ~ c pl = ε ~ c 在 − d c 1 − d c σ c E 0 。

然后,张力和压缩下的应力-应变关系可以获得: (11) σ t = 1 − d t E 0 ε t − ε ~ t pl , (12) σ c = 1 − d c E 0 ε c − ε ~ c pl 。

模型假定刚度退化是各向同性,可以被描述为一个标量参数<在line-formula> D : (13) E = 1 − d E 0 0 ≤ d ≤ 1 , 1 − d = 1 − 年代 t d c − 0 ≤ 年代 t , 年代 c ≤ 1 。

年代 t 和<在line-formula> 年代 c 相关材料的应力状态,可以表示为 (14) 年代 t = 1 − w t r ∗ σ ¯ 11 − 0 ≤ w t ≤ 1 , 年代 c = 1 − w c 1 − r ∗ σ ¯ 11 − 0 ≤ w c ≤ 1 , r ∗ σ ¯ 11 = H σ ¯ 11 = 1 σ ¯ 11 > 0 , 0 σ ¯ 11 < 0 , 在哪里<在line-formula> w t 和<在line-formula> w c 是重量因素。根据图 10,当<在line-formula> ε c pl = 0 , d c = 0 ,然后 (15) 1 − d = 1 − 年代 c d t = 1 − 1 − w c 1 − r ∗ d t 。

在方程( 15),当材料在拉应力的状态,<在line-formula> r ∗ σ ¯ = H σ ¯ = 1 和<在line-formula> d = d t 。当材料的压应力,<在line-formula> d = 1 − w c d t 。如果<在line-formula> w c = 1 ,然后<在line-formula> d = 0 ,压缩刚度已恢复。如果<在line-formula> w c = 0 和<在line-formula> d = d t ,刚度不恢复。如果<在line-formula> 0 ≤ w c ≤ 1 刚度是部分恢复。

由于混凝土的抗拉和抗压性能的最大区别,损害的因素<在line-formula> D 可以根据计算拉伸和压缩条件,分别。抗压破坏的因素可以从方程(获得 12): (16) d c = 1 − σ c E 0 − 1 ε c − ε ~ c pl 。

用<在line-formula> ε c = ε c 在 + ε 0 c 埃尔 和<在line-formula> ε 0 c 埃尔 = σ c E 0 − 1 在方程( 12),我们可以得到 (17) d c = 1 − σ c E 0 − 1 ε ~ c pl 1 / b c − 1 + σ c E 0 − 1 , 在哪里<在line-formula> b c = ε ~ c pl / ε c 在 。

同样,cordera危害因素: (18) d t = 1 − σ t E 0 − 1 ε ~ t pl 1 / b t − 1 + σ t E 0 − 1 , 在哪里<在line-formula> b t = ε ~ t pl / ε t ck 。

根据上面的计算条件,具体数值模拟进行测试,和位移云图和损伤标本的动态负载和负载的变化,如图 11和 12。

从图可以看出 11具体样本的纵向位移变化更加均匀地在加载的初始阶段。样品的顶部位移大于底部,有一个附近的位移突然改变初始缺陷(孔洞和裂缝)。这是由于初始缺陷附近的应力集中,导致试样的应变局部化,这是符合试样的压缩密实化的理解。位移加载的进一步增加,新的损伤裂缝出现在标本,标本和位移的初始缺陷进一步变异,导致更多的不均匀位移在整个部分的标本。这可以从图中找到 11初始缺陷越集中,越容易标本将受损,应力集中越明显,越明显位移突变。这就解释了应变局部化从一边的起源。

从图可以看出 12动载荷下的损伤样本主要集中在上部的样本,和很容易造成破坏的初始缺陷样本,和多点损伤发生在同一时间。的破坏裂纹相对直接,和骨料周围的现象不明显。在一些地方,有一个现象,裂缝通过聚合。这不同于裂缝的发展在静载下的界面聚合的力量较弱。

主要原因是动载荷的作用下,由于加载速率快,裂缝发展迅速,所以裂纹没有时间跟着弱表面聚合,但遵循的路径快速的能量释放。这是符合物理结果CT测试动力作用下凝固。

通过上面的分析,结果表明,动态数值模拟测试通过使用“结构随机混凝土数值模型”表明,混凝土的位移和损伤变化规律非常类似于当前的物理测试研究所得出的结论,这表明本文建立的模型更实用的模拟混凝土的动态测试。