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基于能量损失理论的再生混凝土损伤塑性研究
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黄一凡王向东
摘要为了研究再生混凝土塑性阶段的损伤演化和刚度劣化,从能量损失的角度基于广义自洽模型对传统的非均质材料能量积分公式进行了重新推导,得到仅含位移的新能量公积分式用以重新定义损伤变量。通过公式计算可以得到损伤过程中的能量变化与劣化后的弹性模量。此外,模拟了再生混凝土单轴压缩,对比了重新定义的损伤变量与传统损伤本构模型的D-x曲线,对比分析发现,重新定义的损伤变量更符合再生混凝土单轴受压的一般破坏规律。
关键词再生混凝土;塑性损伤演化;能量损失;非均质材料能量积分公式;单轴受压
TU528???文献标志码A
Damageplasticityofrecycledconcretebasedonenergylosstheory
HUANGYifan,WANGXiangdong
(CollegeofMechanicsandMaterials,HohaiUniversity,Nanjing,Jiangsu211100,China)
AbstractInordertostudythedamageevolutionandstiffnessdegradationofrecycledconcreteintheplasticstage,thetraditionalenergyformulaofheterogeneousmaterialsisderivedbasedonthegeneralizedselfconsistentmodel.Andanewenergyincrementformulawithdisplacementonlyisobtainedtoredefinethedamagevariable.Throughtheformulacalculation,theenergychangeinthedamageprocessandtheelasticmodulusafterdegradationcanbeobtained.Inaddition,inordertocomparetheredefineddamagevariableswiththetraditionaldamageconstitutivemodel,thenumericalsimulationofrecycledconcreteunderuniaxialcompressioniscarriedout,andthedamagevariablesintheprocessofcompressionarecalculated.Itisfoundthattheredefineddamagevariableismoreconsistentwiththegeneralfailurelawofrecycledconcreteunderuniaxialcompression.
Keywordsrecycledconcrete;plasticdamageevolution;energyloss;energyintegrationformulaofheterogeneousmaterials;uniaxialcompression
0引言
再生混凝土作为回收利用废弃混凝土最有效的措施之一,一直以来对再生混凝土(RAC)力学性能的研究多为试验研究。Xiao等[1]对再生混凝土的试验研究进行了综述,发现不同研究者的结论不同甚至相悖。为了使研究更为节省时间、资源、资金,数值模拟已成为研究其力学性能的有效方法并广泛应用[2]。例如,Xiao等[3]对再生混凝土建立了晶格模型并模拟了单轴受压下的应力应变曲线。Zhou等[4]基于随机骨料模型提出了再生混凝土细观力学分析的有限元方法。
损伤力学主要研究材料内部微观缺陷产生和发展所引起的宏观力学效应及其最终导致材料破坏的过程和规律。从细观来看,与普通混凝土相比,再生混凝土结构更为复杂,一般认为是由天然骨料、旧砂浆、旧界面区、新砂浆、新界面区组成的五相复合材料[5],如图1所示。国内外学者利用损伤理论提出了针对普通混凝土的损伤模型,例如Loland模型和Mazars模型。对再生混凝土损伤模型的研究忽略了塑性损伤的影响,抑或简化了部分再生混凝土应力应变关系,因而精度受到了一定影响。Xi等[6]提出了混凝土体积模量的广义n相复合模型,如图2所示。该模型假定
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