泡沫混凝土静动态力学性能试验及数值研究

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中文摘要：在混凝土材料研究领域中，尺寸效应行为研究已成为重点问题之一，其静动态尺寸效应行为已通过试验或数值方法进行了揭示。近年来，针对具有广阔应用场景的新型绿色环保泡沫混凝土材料，已有大量学者进行了隔热、吸声等性能研究，但是对于不同尺寸、不同应变率条件下，以其强度为代表的力学性能还有待研究。本文开展了静动态拉压试验，并根据实际三维孔径分布，建立了合理的二维细观数值模型，提出了泡沫混凝土静动态力学性能预测公式。主要研究内容如下: (1)开展了不同密度不同尺寸泡沫混凝土的准静态压缩试验，分析了其宏观破坏模式与其相关力学性能，发现在准静态情况下存在常规尺寸效应行为，即随着尺寸的增加，其抗压强度会降低，并建立了能够较好描述不同密度与尺寸的泡沫混凝土一维损伤唯象本构模型。 (2)开展了不同密度泡沫混凝土的静动态拉伸试验，讨论了其破坏模式并分析了应变率对于抗拉强度的影响，结果显示泡沫混凝土单轴受拉的力学性能存在应变率效应，即其抗拉强度会随着应变率的提升而提升，并且提出了一种能够较好描述各密度泡沫混凝土抗拉强度增长因子的预测模型。 (3)采用了X-CT技术对泡沫混凝土进行扫描，获得了内部三维真实孔隙结构。并基于Walraven公式，推导出了泡沫混凝土孔径三维分布转二维分布公式，在Abaqus有限元模拟程序中建立了能够较好描述泡沫混凝土力学性能的二维细观数值模型。 (4)基于第4章细观模型建立方法，建立并计算了不同尺寸的二维泡沫混凝土细观数值模型，分别分析了其在压缩荷载下的不同破坏模式，发现等比例尺寸模型和不同高宽比例尺寸模型均存在尺寸效应行为和应变率效应行为，且各尺寸模型中均存在临界应变率，加载速度低于临界应变率时表现为常规尺寸效应行为，在临界应变率附近时尺寸效应行为表达不显著，超过临界应变率时会出现反尺寸效应行为。除此之外，提出了能够较好预测450kg/m3密度级泡沫混凝土静动态静动态抗压强度的预测公式。

作者：

王业斌

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关键词：

泡沫混凝土尺寸效应应变率效应孔隙分布细观模拟

授予学位：

硕士

学科专业：

土木工程

导师：

周宏元

学位年度：

2023

学位授予单位：

北京工业大学

语种：

中文

中图分类号：