細(xì)觀力學(xué)論文

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1、前言：混凝土是一類多相復(fù)合材料，以往對混凝土材料力學(xué)性能的研究多偏重于從宏觀角度進(jìn)行研究，忽略了混凝土材料內(nèi)部復(fù)雜的細(xì)觀結(jié)構(gòu)，難以揭示材料變形和破壞的物理機(jī)制。本文從混凝土細(xì)觀研究的角度出發(fā)，閱讀了相關(guān)資料，對混凝土細(xì)觀研究的現(xiàn)狀和發(fā)展有了一定的了解，并有了一些自己的想法。關(guān)鍵詞：混凝土、宏觀角度、細(xì)觀結(jié)構(gòu)、細(xì)觀研究一、混凝土宏細(xì)觀研究的動(dòng)態(tài)混凝土作為重要的建筑材料己有百余年的歷史，由于其經(jīng)濟(jì)性和便于施工等一系列優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各種工程領(lǐng)域，并且隨著時(shí)代的發(fā)展和標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，越來越多的高性能混凝土被生產(chǎn)出來，如碳纖維混凝土、鋼纖維混凝土、大體積碾壓混凝土和綠色混凝土等?；炷潦且?/p>

2、類多相復(fù)合材料，除了含水泥砂漿、粗骨料、細(xì)骨料、未水化水泥顆粒、孔隙及裂紋外，還可以根據(jù)不同的性能要求在其間摻入其它各種各樣的夾雜相，如碳纖維、鋼纖維、粉煤灰等，以滿足設(shè)定的要求。對纖維混凝土而言,則是如何設(shè)計(jì)纖維的幾何形狀、取向、排列方式等才能達(dá)到以最少的纖維摻入達(dá)到混凝土整體力學(xué)性能最優(yōu)的效果。因此如何由細(xì)觀各組分的力學(xué)性質(zhì)來估算整體的力學(xué)性能（如有效模量、復(fù)合強(qiáng)度等），使得在進(jìn)行高性能混凝土研發(fā)時(shí)，能夠?yàn)榛炷粮鹘M分的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)成了如今研究的一個(gè)重點(diǎn)。以往對混凝土材料力學(xué)性能的研究多偏重于從宏觀角度進(jìn)行研究，忽略了混凝土材料內(nèi)部復(fù)雜的細(xì)觀結(jié)構(gòu)，難以揭示材料變形和破壞的

3、物理機(jī)制，特別是天然存在的大量的細(xì)、微觀缺陷，如骨料界面、孔洞以及隨機(jī)分布的微裂紋在荷載作用時(shí)的擴(kuò)展對混凝土力學(xué)性能的影響。事實(shí)上，混凝土的內(nèi)部組成及構(gòu)造相當(dāng)于事物的內(nèi)因，其宏觀力學(xué)性能受其細(xì)觀結(jié)構(gòu)的控制，宏觀的破壞行為也是由于細(xì)觀尺度上的損傷和斷裂行為的累積和發(fā)展的結(jié)果，比如，混凝土在宏觀上表現(xiàn)出金屬所沒有的拉壓異性、剪脹性、壓硬性、非均勻強(qiáng)化和非均勻軟化等特性，這些特性的內(nèi)在機(jī)制必然體現(xiàn)在物質(zhì)細(xì)觀構(gòu)造的差異上，即混凝土是由骨料、砂漿及二者之間的界面層等組成的多相嵌套復(fù)合材料，而金屬則是晶體材料。即便同屬于混凝土，不同級配和不同組分也將帶來很大的差異性，掌握內(nèi)部構(gòu)造的差異與宏觀特性

4、之間的關(guān)系將對研發(fā)高性能混凝土和根據(jù)工程特點(diǎn)充分利用混凝土的長處、避開混凝土的短處提供理論上的指導(dǎo)。因此，對混凝土性能的研究除了從宏觀的角度進(jìn)行研究外，更關(guān)鍵的還應(yīng)從混凝土的細(xì)觀結(jié)構(gòu)入手，以找出混凝土內(nèi)部構(gòu)造與宏觀特性之間的必然聯(lián)系。目前，對于估算宏觀有效模量的研究已相當(dāng)成熟，但也僅限于完好界面和彈性基體情形，對于考慮界面的非完好連接（如脫開、滑移）和基體的非線性性質(zhì)的復(fù)合材料有效模量估算還未深入研究，而界面連接不完好和基體非線性正是混凝土材料的兩個(gè)關(guān)鍵要素，在估算其有效模量不能回避，而且基體的非線性性質(zhì)含軟化段，這有別于幕形式（單調(diào)上升）的金屬基質(zhì)。另外，復(fù)合材料的強(qiáng)度參數(shù)估算一直

5、進(jìn)展緩慢，比如，對于塑性勢理論，很難由混凝土細(xì)觀各組分的屈服面和破壞面導(dǎo)出混凝土整體的屈服面和破壞面，因?yàn)樯婕暗狡茐倪^程，且破壞模式復(fù)雜。事實(shí)上，涉及到屈服、破壞等變量（屈服強(qiáng)度、破壞強(qiáng)度）都不能由經(jīng)典的混合理論來估算，如自洽理論和Mori-Tanaka方法，因?yàn)榛炷琳w的損傷和破壞不僅與細(xì)觀各組分的損傷分布及損傷歷史有關(guān)，而且組分之間的損傷存在一定的關(guān)聯(lián)性，當(dāng)細(xì)觀某一點(diǎn)的損傷突破臨界損傷時(shí)，能量將由原來的均勻耗散過渡到局部迅速耗散，即由原來的各點(diǎn)的塑性勢耗散發(fā)展成薄弱面的表面能耗散。這種專門以尋求宏觀力學(xué)特性與細(xì)觀結(jié)構(gòu)之間的內(nèi)在聯(lián)系為任務(wù)的力學(xué)稱為宏細(xì)觀力學(xué)，涉及力學(xué)、材料等多學(xué)

6、科交叉的內(nèi)容，是一門遠(yuǎn)未發(fā)展成熟的學(xué)科，尤其是混凝土的宏細(xì)觀力學(xué)，更是土木工程中急需和難度很大的應(yīng)用基礎(chǔ)研究中的前沿學(xué)科，研究成果可以為改善混凝土的力學(xué)性能和研制高性能混凝土材料提供科學(xué)依據(jù)。由于混凝土和巖石有類似的性質(zhì)，該論題的研究具有廣闊的應(yīng)用前景，對推動(dòng)相關(guān)學(xué)科的發(fā)展也有重要的科學(xué)意義。本文僅是一篇對混凝土細(xì)觀研究的讀書報(bào)告，因此，只是從混凝土細(xì)觀研究的角度出發(fā)，閱讀了相關(guān)資料，對混凝土細(xì)觀研究的現(xiàn)狀和發(fā)展有了一定的了解,并有了一些自己的想法。二、混凝土細(xì)觀數(shù)值模擬的研究現(xiàn)狀自從20世紀(jì)70年代末開始，人們開始從混凝土細(xì)觀結(jié)構(gòu)入手，利用細(xì)觀力學(xué)的研究方法，抓住混凝土材料及其力學(xué)

7、性質(zhì)的非均勻性，結(jié)合理論和實(shí)驗(yàn)成果,建立數(shù)學(xué)模型，對混凝土材料的力學(xué)性質(zhì)和破壞過程進(jìn)行研究，已成為國內(nèi)外學(xué)者研究混凝土材料力學(xué)的主要研究方法之一?；炷良?xì)觀數(shù)值實(shí)驗(yàn)，不僅能直觀反映混凝土細(xì)觀損傷和裂縫擴(kuò)展的情形，還可以通過細(xì)觀參數(shù)的敏感性分析，得出個(gè)細(xì)觀參數(shù)對試件極限承載能力的影響，如骨料的形狀、級配、分布形式和界面強(qiáng)度等細(xì)觀參數(shù)對宏觀強(qiáng)度的影響。細(xì)觀力學(xué)數(shù)值模擬，在計(jì)算機(jī)模型合理和混凝土各相材料特性數(shù)據(jù)足夠精確的條件下，可以取代部分實(shí)驗(yàn)，而且能夠避開試驗(yàn)