【摘要】：混凝土是一種主要起強度作用的多相復合材料,其用途之廣,用量之大,在國民生活中發(fā)揮著不可替代的作用。盡管混凝土材料應用廣泛,但我們對其的認識仍有不足,如含裂紋的混凝土地基、高樓建筑、橋梁、大壩、軍用防護設施等的使用評估;可能遭受諸如強晝夜溫差、強壓、強風、撞擊、爆炸、地震等載荷作用的混凝土建筑結構的評估。因此,研究混凝土的斷裂失效對于工程的建設與維護具有非常重要的意義。應力強度因子(SIF)和T應力是斷裂力學中的重要參量。本文詳細介紹了如何利用權函數(shù)法、超確定有限元法和相互作用積分法來求解含裂紋構件的SIF與T應力。并著重描述了基于擴展有限元法(XFEM)的相互作用積分法,該方法更具一般性且計算精度非常高,可用于求解均質材料、功能梯度材料以及含夾雜界面的非均質材料在復雜工況的下裂紋尖端的SIF和T應力。此外,本文詳細介紹了Ayatollahi等人修正的最大切向應力準則(MMTS準則),其中MMTS準則是既考慮了裂紋尖端應力場中的奇異應力項(即SIF),又考慮了非奇異應力項(即Williams級數(shù)中的T應力、A3和B3項)的最大切向應力準則。利用MTS、GMTS和MMTS三種準則對四種不同類型試件(砂漿試件,小顆粒骨料混凝土試件,大顆粒骨料低強度混凝土試件,大顆粒骨料高強度混凝土試件)、不同形式裂紋(純I型,純II型以及I-II復合型)的混凝土中心裂紋的巴西圓盤(CCBD)試件的裂紋起裂角和斷裂阻力進行了實驗和理論研究。并對MTS、GMTS和MMTS準則預測混凝土CCBD試件斷裂行為進行了比較分析。研究結果表明,與傳統(tǒng)MTS、GMTS準則相比,MMTS準則能夠更好地預測混凝土CCBD試件裂紋起裂角和起裂韌性,特別是針對II型載荷占主導地位的情況。采用權函數(shù)法和相互作用積分法研究了圍壓對CCBD試件的裂紋尖端SIF和T應力的影響。結果顯示,權函數(shù)法和相互作用積分法的精度都是非常的高,兩者誤差很小。圍壓對T應力和I型的SIF有重要影響,但對II型SIF無影響,大的圍壓將使裂紋趨于閉合。當裂紋長徑比和加載角為一定值時,隨著圍壓的增大,I型SIF逐漸減小,而T應力逐漸增大。純II型裂紋對應的臨界加載角的大小取決于圍壓的大小,圍壓越大,臨界加載角越小,隨著圍壓系數(shù)逐漸增大到1,臨界加載角逐漸減小到0。
[Abstract]:Concrete is a kind of multiphase composite material, which plays an irreplaceable role in national life because of its wide application and large dosage. Although concrete materials are widely used, we still do not know enough about them, such as the assessment of the use of cracked concrete foundations, high-rise buildings, bridges, dams, military protective devices, etc., which may be subject to strong temperature difference between day and night, strong pressure, etc. Evaluation of concrete structures subjected to strong winds, impacts, explosions, earthquakes, etc. Therefore, it is very important to study the fracture failure of concrete for the construction and maintenance of engineering. Stress intensity factor (SIF) and T stress are important parameters in fracture mechanics. This paper introduces in detail how to solve the SIF and T stresses of cracked members by using the weight function method, the superdeterministic finite element method and the interaction integration method. The interaction integration method based on extended finite element method (XFEM) is described in detail. The method is more general and accurate, and can be used to solve homogeneous materials. The SIF and T stresses at the crack tip of functionally graded materials and heterogeneous materials with inclusion interfaces under complex working conditions. In addition, In this paper, the maximum tangential stress criterion (MMTS criterion) modified by Ayatollahi et al is introduced in detail, in which the MMTS criterion considers both the singular stress term in the stress field at the crack tip (that is, SIF), and the nonsingular stress term, that is, T in Williams series). Maximum tangential stress criterion for terms A _ 3 and B _ 3). Four different types of specimens (mortar specimen, small particle aggregate concrete specimen, large granular aggregate low strength concrete specimen, large particle aggregate high strength concrete specimen) and different types of crack (pure type I) were studied by using MTS GMTS and MMTS criteria. The crack initiation angle and fracture resistance of Brazilian disc (CCBD) specimen with center crack of pure mode II and I-II composite mode are investigated experimentally and theoretically. The fracture behavior of concrete CCBD specimens predicted by MTS- GMTS and MMTS criterion was compared and analyzed. The results show that compared with the conventional MTS- GMTS criterion, the MMTS criterion can better predict the crack initiation angle and fracture toughness of concrete CCBD specimens, especially in the case of mode II load dominating. The influence of confining pressure on SIF and T stress at crack tip of CCBD specimen was studied by weight function method and interaction integration method. The results show that the precision of the weight function method and the interaction integration method are very high, and the error between them is very small. Confining pressure has important influence on T stress and mode I SIF, but it has no effect on mode II SIF. Large confining pressure will make the crack close. When the ratio of length to diameter and the loading angle are certain, the mode I SIF decreases and the T stress increases with the increase of confining pressure. The critical loading angle of the pure mode II crack depends on the confining pressure. The larger the confining pressure is, the smaller the critical loading angle is. With the confining pressure coefficient increasing to 1, the critical loading angle decreases to 0.
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：O346.1

【相似文獻】

相關期刊論文 前8條

1 張孝思 ,李維伯 ,閻步強;含有Ⅲ型中心裂紋的矩形薄板在突然位移作用下的瞬時效應[J];北京航空學院學報;1985年01期

2 鄒廣平,張正國,張學義;中心裂紋板張開位移研究[J];哈爾濱工程大學學報;1999年01期

3 吳剛，童谷生;中心裂紋板的動、靜態(tài)破損實驗研究[J];華東交通大學學報;1995年02期

4 劉瑜,李群;含中心裂紋壓電體的二維精確解[J];應用力學學報;2004年02期

5 孫宏才;高磊;徐關堯;胥銀華;;矩形板中心裂紋有限元數(shù)值分析[J];解放軍理工大學學報(自然科學版);2006年03期

6 劉鵬飛,陶偉明,郭乙木;中心裂紋板塑性功因子的計算[J];浙江大學學報(工學版);2004年08期

7 王啟智;有限寬板中心裂紋斷裂過程區(qū)的長度和位移公式[J];應用力學學報;2001年04期

8 吳剛，陳澤光;貫穿的中心裂紋LY12板在動靜態(tài)加載條件下的斷裂實驗研究[J];實驗力學;1994年02期

相關會議論文 前10條

1 劉歡;;梅山煉鋼廠板坯中心裂紋成因分析[A];中國金屬學會第一屆青年學術年會論文集[C];2002年

2 佟新;宋滿堂;;板坯中心裂紋和三角區(qū)裂紋的成因與防止[A];品種鋼連鑄坯質量控制技術研討會論文集[C];2008年

3 佟新;;板坯中心裂紋和三角區(qū)裂紋的成因與防止[A];第四屆中國金屬學會青年學術年會論文集[C];2008年

4 賀玉軍;陳俊良;韓建剛;;矩形坯中心裂紋的分析及防止措施[A];2012年微合金鋼連鑄裂紋控制技術研討會論文集[C];2012年

5 陳俊良;賀玉軍;韓建剛;;矩形坯中心裂紋的分析及防止措施[A];2012年全國煉鋼—連鑄生產技術會論文集（下）[C];2012年

6 底根順;翟永臻;吳東升;江福先;郭明建;李家征;;連鑄小方坯中心裂紋的研究與分析[A];2005中國鋼鐵年會論文集（第3卷）[C];2005年

7 底根順;吳東升;翟永臻;閆衛(wèi)兵;李家征;張明海;;連鑄小方坯中心裂紋的研究[A];第八屆全國冶金工藝理論學術會議論文專輯[C];2005年

8 張富強;李超;姜振生;孟勁松;吳世龍;王霆;王新華;張炯明;朱國森;栗偉;;連鑄板坯中心裂紋和三角區(qū)裂紋的成因及防止[A];中國金屬學會2003中國鋼鐵年會論文集（3）[C];2003年

9 牛士珍;宋波;樊一丁;閆利波;張杰;;熱軋棒材低倍中心裂紋缺陷研究[A];2006年全國冶金物理化學學術會議論文集[C];2006年

10 王艷華;田鳳紀;董志強;;板坯質量攻關實踐[A];2006中國金屬學會青年學術年會論文集[C];2006年

相關碩士學位論文 前2條

1 侯成;混凝土中心裂紋巴西圓盤試件的斷裂行為研究[D];太原理工大學;2017年

2 喬亮萍;準晶反平面中心裂紋問題的研究[D];太原理工大學;2017年

，

本文編號：2182227