基于扩展有限元法及虚拟裂缝模型的混凝土断裂过程区分析
张晓东
【摘 要】提出一种利用扩展有限元法(eXtended Finite Element Method,XFEM)和虚拟裂缝模型对混凝土断裂过程区(Fracture Process Zone,FPZ)进行研究的方法.利用该方法可以求出裂缝扩展过程中混凝土FPZ的长度及位移和应力分布.利用该方法对一个三点弯曲混凝土梁进行研究,考察骨料粒径、不同软化律和不同初始裂缝长度对FPZ的影响.
【期刊名称】《计算机辅助工程》
【年(卷),期】2016(025)001
【总页数】7页(P61-67)
【关键词】混凝土;扩展有限元法;虚拟裂缝模型;断裂过程区;裂缝扩展;软化律
【作 者】张晓东
【作者单位】招商局重庆交通科研设计院有限公司桥梁工程结构动力学国家重点实验室,重庆400067
【正文语种】中 文
【中图分类】TV313
混凝土材料是一种准脆性材料，其断裂行为的重要特征是真实裂纹前方存在断裂过程区(Fracture Process Zone，FPZ).在这一区域存在微裂缝、集料互锁、粗糙表面的接触和摩擦等非线性现象，从而使得混凝土的断裂行为呈现非线性特性.[1-3]由于FPZ的尺寸通常与混凝土构件尺寸在同一数量级，采用传统的线弹性断裂力学分析混凝土结构的断裂问题已不适合.
FPZ是混凝土断裂力学中一个极为重要的概念.混凝土FPZ的研究与混凝土裂缝模型的研究紧密相关，按采用裂缝模型的不同，对混凝土FPZ的研究方法可大致分为2类.
1)基于黏聚裂缝模型的方法.这类模型适合于数值分析，其中适用于混凝土材料的黏聚裂缝模型又以虚拟裂缝模型[4]和裂缝带模型[5]为代表.
2)基于弹性等效裂缝模型的方法.这类模型一般用于解析计算混凝土结构断裂问题，按所使用的弹性等效原则的不同，这类裂缝模型又包括两参数断裂模型[6]、尺寸效应模型[7]、等效裂缝模型[8]和双K断裂模型[9].
第46卷 第2期华北理工大学学报(自然科学版)Vol.46 No.22024年04月JournalofNorthChinaUniversityofScienceandTechnology(NaturalScienceEdition)Apr.2024
收稿日期:2023-12-29 修回日期:2024-03-20
基金项目:国家自然科学基金-区域创新发展联合基金重点项目(U21A20114)。
第一作者:李靖(1998~),男,河北邯郸人,硕士研究生,研究方向:计算材料物理方向。
通讯作者:莫文玲(1968~),女,教授,硕士研究生导师。E-mail:mwl@. DOI:10.3969/j.issn.2095-2716.2024.02.012文章编号:2095-2716(2024)02-0102-10
基于三维体视分析技术对金属断口的分形研究
李靖1,莫文玲1,4,姜志超2,董屹盛2,张庆军2,3
(1.华北理工大学理学院,河北唐山063210;2.华北理工大学冶金与能源学院,河北唐山063210;
3.华北理工大学综合测试分析中心,河北唐山063210;4.华北理工大学以升创新教育基地,河北唐山063210)
关键词:金属断口;分形维数;计盒维数法;三维体视显微分析;三维重构
摘 要:金属断口包含金属材料的性质、性能及服役过程的重要信息,是金属断裂定性分析、定
量表征的关键证据。研究证明分形维数与材料断裂参数密切相关,但传统二维图像分析难以
全面揭示断口特征。为了更深入了解断裂机制和材料性能,三维形貌技术逐渐成为研究热点。
在分析仪器中三维体视显微镜可以提供更便捷、更准确的断口信息,进而通过计算分形维数推
测材料断裂性质。其中计盒维数分析方法具有易于实现和理解、应用范围广、稳定性好、可解
释性强等优势。利用三维体视显微镜和MATLAB程序获取断口三维形貌并计算分形维数。
实验表明,拉伸断口抗拉强度和屈服强度与分形维数呈负相关,冲击断口的冲击值与分形维数
考虑裂隙迹长和开度相关性的随机裂隙网络数值模拟及渗流分析
黄帆;姚池;周创兵;杨建华
【摘 要】Based on the Monte Carlo method,an improved random fracture
network generation algorithm is proposed by introducing the correlation
function of the length and aperture of fractures.The corresponding
program is developed on the platform of MATLAB.The generated two-dimensional fracture network is compared with the real fracture field
generated by Boolean simulation.From the comparison,the validity of the
improved algorithm and the program is verified.Then seepage analysis of
the fractured network was carried out based on the discrete fracture
network model considering the correlation between the trace length and
apertures.The distribution of fracture flow at the downstream boundary
and the distribution of water pressure inside the fracture network are
analyzed in this study.Analysis results show that the consideration of
Vol.42 No. 10Oct. 2021第42卷第10期2021年10月岩 土 力 学Rock and Soil Mechanics
DOI： 10.16285/j.rsm.2021.0339
基于CT的岩石三维裂隙定量表征及
扩展演化细观研究
张艳博徐跃东】，2,刘祥鑫1，2,姚旭龙"，王 帅1,2,
梁 鹏1，2,孙 林1.2,田宝柱1,2
(1.华北理工大学矿业工程学院，河北唐山063210； 2.华北理工大学河北省矿、lk开发与安全技术重点实验室，河北唐山063210)
摘 要：岩石破裂是裂纹萌生、扩展演化直至贯通的过程，为了研究受载岩石发生变形破坏时其内部裂纹动态扩展演化过程， 利用工业CT对岩石破裂过程进行阶段性观测扫描，通过CT图像堆栈矢量化处理构建岩石三维裂隙模型，并对裂纹结构特 征参数进行统计分析，定量化表征岩石破裂过程中裂纹扩展情况。在此基础上，提取裂纹扩展路径上的局部破坏形态特征， 结合岩矿鉴定试验进行细观尺度分析研究。研究结果表明：利用裂隙体积卩、表面积S及分形维数Q等参数可以将•:维裂隙 扩展过程量化，且参量呈现基本不变一小幅增大一大幅激增的变化规律：CT切片图像中裂纹面积可以表征岩石局部裂纹扩 展特征，且与同阶段三维裂隙的扩展演化特征相对应；岩石细观结构对裂隙扩展影响较大，裂隙扩展遇到砾石将形成绕砾扩 展、穿砾扩展及分叉扩展3种方式。该研究成果将为岩石失稳破坏、工程岩体致灾预警工作提供研究基础。关键词：CT扫描；裂纹演化；三维重构；量化表征；扩展特征 中图分类号：TU 45 文献标识码：A 文章编号：1000—7598(2021) 10—2659—13
Quantitative characterization and mesoscopic study of propagation and
evolution of three-dimensional rock fractures based on CT
