文摘

与先前存在的裂缝混凝土三点弯曲梁被广泛用于研究i ii混合模式裂缝的生长过程。研究现有的故障特征裂缝在混凝土三点弯曲梁上的不同位置,不仅具有重要的科学意义,而且具有广泛的工程应用背景工程结构的安全评估。本文通过一些数值实验,先前存在的裂缝在不同位置的影响混凝土三点弯曲梁的破坏特征进行了研究,并得到了三种典型失效模式。标本的失败过程有三个典型的失效模式是详细讨论,并指出裂纹拉伸断裂失效模式。承载力的变化趋势,声发射数量,声发射能量的三种典型失效模式进行了分析。最大承载力,声发射的最大数量和能量三种失效模式的混凝土三点弯曲梁通常表现出增加的趋势。

1。介绍

混凝土材料总是伴随着裂缝在施工期间,维护和服务时间。混凝土的非线性变形,当受到外力是由于连续发生在加载过程中混凝土的微裂隙和微裂缝的不断发展导致最终的宏观裂缝(1,2]。虽然常用的有限元方法可以模拟混凝土的非线性变形,它只是一种“形状相似性”macrobehavior,不模拟microfailure混凝土变形过程的过程,所以它不能实现“精神相似”(3- - - - - -6]。

许多学者研究了混凝土的断裂行为。赵等人研究了流变断裂行为和建立了一个简单实用的模式流变断裂的岩石裂缝综合效应下的液压和远场应力(7]。林等人指出修改的汉堡模型能反映岩石的力学性能在三个蠕变阶段8]。赵等人研究了断裂韧性和亚临界裂纹增长的大理石、二辉橄榄岩和角闪岩在不同环境(9]。Mubaraki等人使用三维有限元分析(3 d有限元分析)研究试样厚度的影响和裂纹长度变化的模式和模式II应力强度因子(sif) [10]。Mubaraki和Sallam检查的可靠性半圆的弯曲(渣打银行)标本测量路面材料的断裂行为静态和循环载荷下(11]。

成功macromechanical行为和破坏过程的数值模拟混凝土可以繁殖实验室实验过程和破坏机理,因此,人们可以更清楚地了解混凝土破坏过程的发生机制(12- - - - - -15]。此外,数值实验可以加快研究进程和弥补缺乏实验室实验研究。不足,它还可以取代一些室内实验;例如,它可以获得应力应变的细致的信息和实际裂缝的发展规律同时16- - - - - -19]。

为了分析混凝土的断裂过程,本文采用实际破坏过程分析软件(RFPA)由唐水资源开发的团队。RFPA软件主要具有以下特点:(1)认为材料的积累过程单元的macrofailure破坏材料不均匀性参数引入到计算单元(20.,21]。(2)认为单位的性质是线性elastic-brittle或易碎,和其他参数等元素的弹性模量和强度服从一定的分布,如正态分布、韦伯分布、均匀分布。(3)相信失败发生在单位压力达到标准,执行和受损单元的刚度退化,因此,连续介质力学方法可以用来处理物理不连续介质问题[22,23]。(4)认为损害材料的声发射和数量成正比失败的数量单位(24,25]。

本文使用数值模拟方法研究的影响已有裂缝混凝土的变形与破坏过程位于不同位置时梁的裂纹萌生的整个过程,传播,和骨折标本复制示例加载后,和三点弯曲梁的断裂机理已有裂缝在静载荷。

2。数值模型

摘要混凝土梁的三点弯曲数值试验,数值模型如图1。混凝土梁的大小 。由数值模型 介观单位。单位服从威布尔分布的力学参数。混凝土三点弯曲梁的力学模型简化为平面应力问题RFPA软件。支持两点之间的距离是190毫米,先前存在的裂缝的宽度是一个内消旋单元大小,和长度是18毫米;是先前存在的裂纹梁的中心线之间的距离, 毫米。混凝土三点弯曲梁的物理力学参数如表所示1。采用位移加载方法,每一步都是0.002毫米的位移增量。由于混凝土是一种脆性材料,抗压不抗拉,所以混凝土的本构关系的数值试验简化为弹性脆性,如图2。

3所示。数值计算结果的分析

3.1。失效模式分析

应力符号RFPA软件是一样的,在岩石力学;拉应力为负,和压应力为正;因此,最小主应力云图反映了拉应力分布特征和故障特征的数值模型在每个负载。在本文中,不同的价值观的影响梁的破坏模式进行了模拟,和三个典型的失效模式是通过数值模拟获得的。如图3,当 毫米,混凝土三点弯曲梁产生裂缝,在先前存在的裂纹穿透整个标本。当 毫米,混凝土三点弯曲梁产生两个裂缝。裂纹是先前存在的裂纹,但裂缝的长度是有限的,和其他裂纹位于中心的标本和穿透整个标本。当 mm,混凝土三点弯曲梁产生裂缝的穿透整个样品的中心。以下三种失效模式 毫米, 毫米, mm是作为例子来详细讨论每个故障模型。

图4失败的流程图吗 mm混凝土三点弯曲梁。图中显示的最小主应力云图和部分的声发射图加载步骤。试样的载荷达到一定值时,会有微裂隙试样,这将产生声发射。声发射图可以直接反映了微裂缝形式的数值模型。声发射图中的白色圆圈本文代表剪切破坏,红色圆圈代表拉伸断裂,黑色圆圈代表损坏的单位。标本被加载时,拉应力在裂纹尖端集中,和新的裂纹开始在先前存在的裂纹裂纹。随着裂纹的扩展,拉伸应力集中区域也变化,导致裂纹扩展沿一定角度向上端的样本点附近的集中载荷,最后渗透整个试样的高度。然而,裂缝不经过集中负荷,并有一定的裂缝的顶端之间的距离和集中载荷。从声发射图可以看到,裂纹尖端的失效模式是拉伸断裂。

图5显示了失败的过程 mm混凝土三点弯曲梁。复合应力作用下,混凝土三点弯曲梁开始在先前存在的裂纹的尖端裂纹。当加载仍在继续,新中心附近的裂缝开始成长的低端表面光束,他们向上传播的同时,先前存在的裂缝,但中央裂纹的传播速度是快于先前存在的裂缝。加载到一定值后,先前存在的裂纹的裂纹停止传播,虽然中央裂纹继续传播。最后,光束的中心垂直裂缝渗透到整个试样的高度,导致损失的混凝土三点弯曲梁的承载力。从声发射图可以看到,裂纹尖端的失效模式是拉伸断裂。

图6显示了失败的过程 mm混凝土三点弯曲梁。标本被加载后,新中心附近的裂缝开始发起的低端表面光束。混凝土不均匀性的影响,裂纹扩展路径曲折最后穿透整个标本,在precrack虽然没有出现裂纹。从AE图可以看出,断裂的裂纹尖端是拉伸断裂方式。

3.2。承载力的变化趋势

从图可以看出7,当 ,标本的最大承载力略有减少。当 ,的最大承载力增加序列;当 ,的最大承载力达到最大值162.89 N。图8显示了全程force-loading步曲线的三个混凝土三点弯曲梁的失效模式。从这个图中,可以看出整个变形过程混凝土标本显示了明显的非线性现象;三种故障模式的斜率线性变形阶段基本上是相同的;即在每个加载步故障元素的数量基本上是相同的。承载力的三种失效模式显示突然下降后达到最大值,这表明,样品很快失去承载力。

3.3。声发射的变化趋势

RFPA软件,破坏的单位是伴随着一代的AE, AE的数量根据破坏单元的数量,计算和累积的AE AE总数达到这一步。从图可以看出9(一个),当 ,AE的最大数量略有减少。当 ,AE最大数量的增加反过来;当 ,AE的最大数量达到241。从图可以看出9 (b)最大的AE能量最大的变化规律基本上是一致的AE数量。当 ,最大的AE能量通常显示了减少。当 ,最大的AE能量似乎增加顺序;当 ,最大的AE能量达到最大值 J;当 ,最大AE能量有少量减少,相当于AE能量时 。数据10- - - - - -12分别显示AE-loading步曲线三种失效模式的混凝土三点弯曲梁在整个生产过程中。三种故障模式的AE数量和AE能量突然增加,然后大大减少在一定加载步骤,和AE积累量和能量都突然有一个突然的跳。

4所示。结论

本文的故障特征与先前存在的裂缝混凝土三点弯曲梁在静载荷由RFPA模拟软件,和先前存在的裂缝的位置的影响在失败过程中,压力,声发射的光束进行了研究。数值模拟的结论如下:(1)先前存在的裂纹的位置有显著影响的故障特征。当 毫米,裂缝从先前存在的裂纹的尖端,最终扩大的上端标本沿一定角度。当 和80毫米,两个出现在梁裂缝,裂缝是一个非穿透样品在先前存在的裂纹,裂纹和其他附近的裂纹源于梁底部的中心,扩大向加载的位置,这将最终导致整个样本失去承载力。当 mm,光束的中心只有一个通过裂纹梁的底部,顶部的光束的中心,也没有先前存在的裂纹裂纹。可以看出从AE图拉伸断裂发生在裂纹尖端的三种失效模式(2)的最大承载力的三种失效模式混凝土三点弯曲梁通常显示了一个增加的趋势,和承载力的变化趋势的三种失效模式标本失败的力量基本上是相同的。山坡上的轴承装载能力一步曲线在prepeak阶段大约是相同的,和“cliff-like”出现在postpeak下降阶段,和样品很快失去承载能力(3)最大的AE数量和能量三种失效模式的混凝土三点弯曲梁一般表现出增加的趋势,AE急剧增加的数量和能量在一定加载步骤,和AE的积累量和能量突然增加

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

我们声明我们没有金融和个人关系与他人或组织可以不当影响我们的工作。

作者的贡献

哲张先生和李郑促成了概念化。耿Tiesuo和回族秦促成了方法论。作为谭导致数据管理。Liuqun赵促成了论文的写作。

确认

这项研究是由中央政府专项资金支持科技发展指导地方政府在深圳(2021 szvup020)。