基于摩擦脱黏法三维细观混凝土受压模型

Compression simulation of three-dimensional meso-scale concrete based on friction debonding method

摘要

为了解决传统三维细观混凝土数值模型难度大、效率低，阻碍了其应用等问题，采用一种三维模型中摩擦脱黏失效方法，避免了传统建立实体过渡层或编写程序进行黏结单元插设的复杂性。采用简便高效的方法替代建立实体过渡层，其用时仅为同条件下建立实体过渡层的1/6左右，且在保证其结果准确性的基础上，大大提升了计算效率。其适用于建立碎石、珊瑚等骨料的三维细观混凝土模型，可用于模拟单轴受压、单轴受拉、单轴劈裂等多种应力条件。通过此数值模型计算分析得出：骨料的弹性模量和体积占比影响混凝土整体的弹性模量和峰值强度；骨料的弹性模量、体积占比均与混凝土整体弹性模量成正比，与混凝土的整体强度成反比；骨料的弹性模量与体积占比相比，体积占比对混凝土整体强度的影响相对更大，这些因素将帮助配置性能更优的混凝土时提供参考。

Abstract

This study aimed to solve the problems that the traditional 3D meso-concrete numerical model is difficult and inefficient，which hinders its application. In this paper，a method of friction debonding failure in three-dimensional model is adopted，which avoids the complexity of traditional establishment of solid transition layer or programming of bonding element insertion. A simple and efficient method is employed to replace the solid transition layer，which takes only 1/6 of the time of the establishment of solid transition layer under the same conditions. This method ensures the accuracy of the results and greatly improves the calculation efficiency. It is suitable for establishing three-dimensional meso-concrete models of crushed stone，corals and other aggregates，and can be used to simulate various stress conditions such as uniaxial compression，uniaxial tension，and uniaxial splitting. Through numerical simulation，it is concluded that the elastic modulus and volume proportion of aggregate affect the overall elastic modulus and peak strength of concrete. The elastic modulus and volume proportion of aggregate are proportional to the overall elastic modulus of concrete and inversely proportional to the overall strength of concrete. The elastic modulus of aggregate has a greater influence on the overall strength of concrete than the volume ratio. These factors will provide us with reference when configuring better performing concrete.

关键词

随机骨料模型 / 摩擦脱黏 / 细观混凝土 / 数值模拟 / 单轴受压

Key words

random aggregate model / friction debonding / meso-scale concrete / numerical simulation / uniaxial compression

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基金资助

国家自然科学基金资助项目(51979257)