基于三维细观模型的玄武岩纤维混凝土数值模拟 被引量：6

1

作者 熊汪 覃书豪 +3 位作者 彭定东 周超 吴辽 王玲玲 《建筑科学与工程学报》 北大核心 2024年第1期181-190,共10页

基于玄武岩纤维-砂浆界面的相关理论和试验数据,提出一种建立小直径纤维-骨料混凝土细观模型的方法,研究玄武岩纤维混凝土的损伤演化和纤维对混凝土的增强机理。通过建立的随机纤维-骨料混凝土三维细观模型预测和验证了玄武岩纤维混凝... 基于玄武岩纤维-砂浆界面的相关理论和试验数据,提出一种建立小直径纤维-骨料混凝土细观模型的方法,研究玄武岩纤维混凝土的损伤演化和纤维对混凝土的增强机理。通过建立的随机纤维-骨料混凝土三维细观模型预测和验证了玄武岩纤维混凝土的立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、轴心抗压强度和抗折强度等力学性能,并从细观角度分析了混凝土的损伤演化和纤维的作用机理;建立不同分布形式、不同纤维掺量的随机纤维-骨料混凝土模型,研究了细观模型的力学稳定性及纤维掺量对混凝土的影响规律。结果表明:基于该方法建立的细观模型在预测玄武岩纤维混凝土静态力学性能方面具有较高的可靠性;混凝土损伤首先发生在较大基体变形的薄弱界面过渡区,并随着荷载的增加延展、联接,最终导致试件的整体破坏;玄武岩纤维具有抵抗基体变形的约束作用,对混凝土力学性能影响明显;纤维掺量小于1.5%时,掺量越大,增强效果越明显。 展开更多

关键词 玄武岩纤维混凝土 三维细观模型 力学性能 纤维掺量 数值模拟

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基于三维细观模型的全级配混凝土静态力学性能的数值模拟 被引量：12

2

作者 张锦华 方秦 +1 位作者 龚自明 陈力 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第6期927-933,947,共8页

根据混凝土材料的细观组成和力学特性,研究了骨料几何形状和空间分布规律,建立全级配混凝土三维凸多面体随机细观模型,引入了混凝土细观组份材料的本构模型,分别模拟了单轴、双轴和三轴状态下混凝土的静态力学性能,并建立混凝土梁的三... 根据混凝土材料的细观组成和力学特性,研究了骨料几何形状和空间分布规律,建立全级配混凝土三维凸多面体随机细观模型,引入了混凝土细观组份材料的本构模型,分别模拟了单轴、双轴和三轴状态下混凝土的静态力学性能,并建立混凝土梁的三维宏细观分析模型,研究了三点弯曲梁的变形及裂缝扩展情况。结果表明,本文建立的细观力学模型的计算结果与实验数据吻合较好,可以较好地模拟各种复杂应力条件下混凝土的静态力学性能和损伤破坏机理。 展开更多

关键词 三维细观模型 凸多面体 静力性能 复杂应力条件 数值模拟

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混凝土三维细观模型的建模方法与力学特性分析 被引量：10

3

作者 张煜航 陈青青 +3 位作者 张杰 王志勇 李志强 王志华 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期108-115,共8页

根据混凝土材料的细观组成和结构特点,基于三维Voronoi图形提出了一种简单高效的混凝土细观模型生成方法,利用塑性损伤模型对该细观模型进行了单、多轴应力状态下的准静态分析以及SHPB动态有限元分析。结果表明,数值模拟得到的应力应变... 根据混凝土材料的细观组成和结构特点,基于三维Voronoi图形提出了一种简单高效的混凝土细观模型生成方法,利用塑性损伤模型对该细观模型进行了单、多轴应力状态下的准静态分析以及SHPB动态有限元分析。结果表明,数值模拟得到的应力应变曲线和破坏模式与实验结果基本吻合,本文中提出的混凝土三维细观模型可较好地模拟混凝土的静、动态力学特性,为进一步从细观力学角度研究混凝土损伤演化规律和破坏机理提供了模型基础。 展开更多

关键词 混凝土 三维细观模型 VORONOI 图形 黏接界面层 静力特性

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考虑骨架作用的堆石混凝土三维细观建模方法 被引量：1

4

作者 陈明真 何世钦 +1 位作者 王辉 葛燕锋 《建筑材料学报》 北大核心 2025年第2期168-175,共8页

为避免骨料干涉判断的繁琐过程,快速生成不同堆石率的计算模型,基于堆石混凝土的材料组成和结构特点,利用离散元软件PFC3D提出了一种考虑骨架作用的堆石混凝土三维细观模型生成方法 .利用建立的几何模型对考虑及不考虑骨架作用的三维细... 为避免骨料干涉判断的繁琐过程,快速生成不同堆石率的计算模型,基于堆石混凝土的材料组成和结构特点,利用离散元软件PFC3D提出了一种考虑骨架作用的堆石混凝土三维细观模型生成方法 .利用建立的几何模型对考虑及不考虑骨架作用的三维细观模型堆石混凝土进行了单轴压缩试验.结果表明:堆石混凝土内部骨料相互接触形成的传力骨架可以有效提高堆石混凝土的整体强度;考虑骨架作用数值模拟得到的堆石混凝土应力-应变曲线、破坏形态与试验结果更为吻合;该模型能较好地反映骨架作用对堆石混凝土力学特性的影响,为深入研究堆石混凝土损伤演化规律和破坏机理提供了细观力学角度的模型基础. 展开更多

关键词 堆石混凝土 骨架作用 三维细观模型 PFC3D 界面过渡区

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平纹织物三维细观几何模型和织物防弹实验的有限元模拟 被引量：8

5

作者 王东宁 李嘉禄 焦亚男 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第9期69-74,78,共7页

建立了平纹织物的三维细观几何模型,利用LS-DYNA有限元软件模拟了弹丸冲击的条件下,单层芳纶织物的响应过程。模型的几何形状参考了平纹织物的截面显微镜照片,使建立的模型更加准确,更接近平纹织物真实的结构。纱线模型选用正交各向异... 建立了平纹织物的三维细观几何模型,利用LS-DYNA有限元软件模拟了弹丸冲击的条件下,单层芳纶织物的响应过程。模型的几何形状参考了平纹织物的截面显微镜照片,使建立的模型更加准确,更接近平纹织物真实的结构。纱线模型选用正交各向异性材料,材料参数和失效条件均参考真实的Kevlar织物,并考虑纱线和纱线之间以及纱线和弹丸之间的摩擦。模拟中,通过设定弹丸的撞击速率Vs,得到剩余速率Vr,并由此计算单层织物的弹道极限速率V50。结果表明:织物的变形过程和失效形式在模拟中得到细致的显现,模拟所得结果V50和织物的失效形式与实验结果的一致程度较好。 展开更多

关键词 织物 三维细观模型 防弹 有限元模拟 弹道极限

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基于三维随机细观模型的沥青混合料断裂行为研究 被引量：2

6

作者 汤文 张自旭 +1 位作者 马迪 吕悦晶 《武汉科技大学学报》 CAS 北大核心 2023年第4期272-280,共9页

为了从细观层次研究沥青混合料内部损伤失效机理,采用三维激光扫描技术获取真实集料三维形态信息,根据其形态特征参数提出一种三维随机凹凸型集料建模方法,并构建三维虚拟集料库。使用Monte Carlo方法构建AC-13三维虚拟试件,利用多刚体... 为了从细观层次研究沥青混合料内部损伤失效机理,采用三维激光扫描技术获取真实集料三维形态信息,根据其形态特征参数提出一种三维随机凹凸型集料建模方法,并构建三维虚拟集料库。使用Monte Carlo方法构建AC-13三维虚拟试件,利用多刚体动力学方法模拟试件压实过程。采用截面算法获取沥青混合料二维细观模型,在模型有效性和准确性得到验证的基础上利用该模型开展虚拟间接拉伸试验,运用内聚力模型和广义Maxwell模型表征沥青混合料断裂行为和黏弹特性,引入断裂损伤指标D_(m)量化其内部损伤,并利用虚拟试验探讨温度对沥青混合料断裂行为的影响。结果表明,在宏观层次,主裂纹不受温度影响,沿着粗集料的边界逐渐发展直至试件破坏;在细观层次,相较于沥青内部界面单元,沥青-集料界面单元更易出现损伤,更快达到损伤失效点,且受温度影响显著。 展开更多

关键词 沥青混合料 三维细观模型 间接拉伸试验 内聚力模型 断裂损伤指标

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基于Python-ABAQUS的三维细观凹凸骨料建模及骨料不同形状影响分析

7

作者 孙茂增 朱吉鹏 《科学技术与工程》 北大核心 2024年第23期10022-10031,共10页

为了探究混凝土内部细观尺度下的损伤机理,利用Python语言对ABAQUS进行二次开发,建立了包含界面过渡区的三维细观凹凸型骨料混凝土模型,并提出了一种可直接用于判断凹凸型骨料空间干涉的方法。随后,对该模型进行准静态下的数值模拟,以... 为了探究混凝土内部细观尺度下的损伤机理,利用Python语言对ABAQUS进行二次开发,建立了包含界面过渡区的三维细观凹凸型骨料混凝土模型,并提出了一种可直接用于判断凹凸型骨料空间干涉的方法。随后,对该模型进行准静态下的数值模拟,以验证其可靠性。最后,进行了不同骨料形状下的单轴压缩数值模拟分析。研究结果表明,采用本方法可以实现60%以上的骨料体积比的高密实投放。在不同形状的骨料下,混凝土的抗压强度方面影响不大;然而,在导致混凝土裂缝扩展与体积破坏方面,不同形状的骨料产生较大影响。随着骨料表面凹凸性和不规则程度的增加,混凝土受压时的损伤破坏程度逐步加深。这些发现有助于更深入地理解混凝土内部损伤机理,并为混凝土结构设计提供了有益的参考。 展开更多

关键词 三维细观模型 凹凸型骨料 PYTHON 干涉判断 骨料形状

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基于细观模型的含腹筋混凝土梁受剪承载力尺寸效应 被引量：4

8

作者 金浏 苏晓 +2 位作者 徐海滨 李冬 杜修力 《土木与环境工程学报（中英文）》 CSCD 北大核心 2019年第1期80-88,共9页

考虑混凝土细观非均质性及钢筋与混凝土之间相互作用,建立了钢筋混凝土梁破坏行为模拟的三维细观数值分析模型。以悬臂梁为例,在数值模拟结果与已有试验结果吻合良好的基础上,扩展模拟了腹筋率、剪跨比及加载方式对大尺寸钢筋混凝土梁(... 考虑混凝土细观非均质性及钢筋与混凝土之间相互作用,建立了钢筋混凝土梁破坏行为模拟的三维细观数值分析模型。以悬臂梁为例,在数值模拟结果与已有试验结果吻合良好的基础上,扩展模拟了腹筋率、剪跨比及加载方式对大尺寸钢筋混凝土梁(最大梁深为2 000mm)剪切破坏尺寸效应的影响规律。模拟结果表明:无腹筋梁抗剪名义强度尺寸效应显著,中国《混凝土结构设计》规范提出的截面高度影响系数难以全面的反映梁剪切破坏的尺寸效应现象;腹筋会抑制梁抗剪强度的尺寸效应,随着腹筋率的增加,梁的抗剪强度尺寸效应逐渐减弱;随着剪跨比的增加,梁的抗剪承载力有所减弱,同时,尺寸效应现象也略有减弱;相比于单调加载,循环加载下梁将产生低周疲劳脆性破坏,使得梁抗剪强度尺寸效应更加明显。 展开更多

关键词 钢筋混凝土梁 剪切破坏 三维细观模型 尺寸效应 加载方式 腹筋 剪跨比

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基于材料试验和细观模型的混凝土渗透性研究 被引量：11

9

作者 梁敏飞 封坤 +2 位作者 肖明清 郭文琦 周坤 《建筑材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第4期801-809,共9页

基于材料试验和细观模型,以球体和椭球体模拟粗骨料,以薄壳模拟界面区,建立三维混凝土三相细观模型,研究了压力水在混凝土中的渗透规律.结果表明:混凝土细观模型模型能较好地反映压力水在混凝土内渗透过程中的局部特征和总体规律,展现... 基于材料试验和细观模型,以球体和椭球体模拟粗骨料,以薄壳模拟界面区,建立三维混凝土三相细观模型,研究了压力水在混凝土中的渗透规律.结果表明:混凝土细观模型模型能较好地反映压力水在混凝土内渗透过程中的局部特征和总体规律,展现了由于骨料随机分布所导致的“曲折效应”、“稀释效应”和“界面效应”;随着骨料体积分数的增加,以上3种效应被同时放大,骨料对混凝土抗渗透性能的影响应综合考虑3种效应的影响;在骨料形状、骨料体积分数和界面区参数一定的情况下,混凝土的有效渗透系数与砂浆的渗透系数呈正比例关系;混凝土试件侧面防水措施不足所导致的边界效应使得抗渗高度法试验结果存在较大误差,应根据试件模具的尺寸误差、拟加水压值来确定边界防水层的厚度. 展开更多

关键词 混凝土 抗渗性 三维细观模型 界面区 抗渗高度法试验

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基于三维细观结构的PBX炸药的损伤机理

10

作者 龚芹 刘占芳 《重庆大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第12期14-25,共12页

为了解细观结构差异和热力作用对高聚物黏结炸药(polymer bonded explosives,PBX)损伤的影响,采用Voronoi方法建立三维细观模型,并考虑颗粒的弹塑性和黏结剂的弹黏塑性以及界面内聚力本构关系,分析不同细观结构PBX在热力载荷下的损伤演... 为了解细观结构差异和热力作用对高聚物黏结炸药(polymer bonded explosives,PBX)损伤的影响,采用Voronoi方法建立三维细观模型,并考虑颗粒的弹塑性和黏结剂的弹黏塑性以及界面内聚力本构关系,分析不同细观结构PBX在热力载荷下的损伤演化机理。结果表明升温不易造成界面的损伤,降温时收缩率较小的黏结剂对颗粒的收缩有阻碍,导致界面间法向拉应力增大,易造成界面损伤。提高黏结剂含量,有利于减小降温时界面的损伤程度。当黏结剂含量相近时,颗粒粒径越趋于一致,界面损伤程度越小。在低压作用下,损伤由法向应力导致转为由切向应力导致,损伤程度减小,但当压力过大时界面产生新的损伤。 展开更多

关键词 PBX 热力耦合 界面损伤 Voronoi方法 三维细观模型

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骨料和砂浆等影响混凝土强度的细观层次机理分析 被引量：24

11

作者 阮征 陈力 +2 位作者 洪建 张锦华 方秦 《建筑材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第6期952-958,共7页

基于全级配三维细观混凝土随机模型分析方法,系统研究了混凝土中砂浆和骨料等各组分的受力特点,通过现场试验以及数值模拟分析,揭示了骨料降低砂浆强度的作用机理,提出混凝土宏观抗压强度与砂浆抗压强度间的修正关系,并讨论了骨料体积... 基于全级配三维细观混凝土随机模型分析方法,系统研究了混凝土中砂浆和骨料等各组分的受力特点,通过现场试验以及数值模拟分析,揭示了骨料降低砂浆强度的作用机理,提出混凝土宏观抗压强度与砂浆抗压强度间的修正关系,并讨论了骨料体积分数及混凝土强度分别对该修正系数的影响规律.研究表明:骨料的加入会降低水泥基材料的强度;混凝土材料的强度小于相同配比条件下的砂浆;用混凝土强度参数代替砂浆参数进行细观层次分析会造成较大误差,应进行修正;修正系数随骨料体积分数增加而线性增长,与混凝土强度关系不大. 展开更多

关键词 混凝土 砂浆 全级配三维细观混凝土随机模型 应力状态 修正系数

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混凝土细观损伤破坏过程的数值模拟 被引量：20

12

作者 夏晓舟 章青 汤书军 《河海大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2007年第3期319-325,共7页

在细观层次上,把混凝土看作是由水泥砂浆、骨料及二者之间的界面组成的复合材料,应用渐变网格剖分方法对随机投放的骨料、界面和水泥砂浆进行网格剖分,删除多余节点,重新排列节点顺序,生成三维随机骨料分布的细观有限元数值模型.利用该... 在细观层次上,把混凝土看作是由水泥砂浆、骨料及二者之间的界面组成的复合材料,应用渐变网格剖分方法对随机投放的骨料、界面和水泥砂浆进行网格剖分,删除多余节点,重新排列节点顺序,生成三维随机骨料分布的细观有限元数值模型.利用该模型分别进行了混凝土的单轴拉伸、压缩、劈拉和梁弯曲等数值试验,分析了不同界面参数、不同砂浆损伤参数、不同加载形式对混凝土试件的变形特点、破坏形式以及承载能力的影响,探讨了混凝土宏观力学性能(如应变软化和剪胀等性质)的细观机制. 展开更多

关键词 随机骨料分布 网格渐变剖分 三维细观数值模型 数值试验 Mazars损伤模型

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钢筋混凝土梁抗冲击性能研究的细观数值模拟方法 被引量：15

13

作者 金浏 徐建东 +1 位作者 张仁波 杜修力 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2018年第2期57-65,共9页

为更真实地描述钢筋混凝土梁在冲击荷载作用下复杂的破坏过程,结合混凝土细观结构非均质性,假定混凝土是由骨料颗粒、砂浆基质以及界面过渡区(ITZ)组成的三相复合材料,考虑混凝土细观组分的率效应,将钢筋网嵌入至素混凝土梁,建立了钢筋... 为更真实地描述钢筋混凝土梁在冲击荷载作用下复杂的破坏过程,结合混凝土细观结构非均质性,假定混凝土是由骨料颗粒、砂浆基质以及界面过渡区(ITZ)组成的三相复合材料,考虑混凝土细观组分的率效应,将钢筋网嵌入至素混凝土梁,建立了钢筋混凝土梁抗冲击力学行为研究的三维细观尺度数值模型。基于该数值分析模型与方法,研究了落锤速度对钢筋混凝土梁抗冲击性能的影响规律。将细观数值模拟结果与宏观模型结果以及已有试验结果进行了对比分析,包括破坏模式、冲击力、跨中位移以及支座反力等,发现模拟结果与试验结果吻合良好,验证了细观数值分析模型在钢筋混凝土梁抗冲击性能模拟中运用的可行性。 展开更多

关键词 钢筋混凝土梁 三维细观数值模型 冲击荷载 率效应 冲击性能

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基于CT试验的混凝土裂纹扩展演化研究 被引量：17

14

作者 刘京红 史攀飞 +2 位作者 杨跃飞 王印 刘子倩 《混凝土》 CAS 北大核心 2017年第4期74-77,共4页

针对混凝土宏观性能指标与破坏特性细观参数之间关系的技术难题,采用工业CT对单轴压缩条件下的混凝土试样进行了CT扫描试验;利用图像处理技术对混凝土CT图像进行分析,得到不同加载阶段混凝土孔隙和裂纹的三维细观模型及孔隙率变化规律... 针对混凝土宏观性能指标与破坏特性细观参数之间关系的技术难题,采用工业CT对单轴压缩条件下的混凝土试样进行了CT扫描试验;利用图像处理技术对混凝土CT图像进行分析,得到不同加载阶段混凝土孔隙和裂纹的三维细观模型及孔隙率变化规律。运用分形理论建立了CT图像分形维数计算模型,对混凝土CT图像分形特征进行了研究。结果表明:混凝土孔隙体积和分形维数的快速增大是混凝土失稳破坏的预警信息;利用混凝土CT三维重建图像结合分形理论观察研究混凝土裂纹扩展全过程,为有效分析混凝土细观损伤破坏提供了新技术。 展开更多

关键词 混凝土 CT试验 孔隙率 三维细观模型 分形维数

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混凝土损伤破坏的CT及声发射试验研究 被引量：6

15

作者 刘京红 谢剑 +2 位作者 刘永建 史攀飞 刘兴旺 《河北农业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第2期127-131,共5页

针对混凝土破坏过程损伤定位的技术难题,对混凝土试样进行了单轴压缩CT扫描试验及声发射损伤定位试验,利用分形理论计算了CT图像的分形维数,建立了基于CT图像及声发射损伤点的损伤变量。研究结果表明:随试件的加载进程,混凝土分形维数... 针对混凝土破坏过程损伤定位的技术难题,对混凝土试样进行了单轴压缩CT扫描试验及声发射损伤定位试验,利用分形理论计算了CT图像的分形维数,建立了基于CT图像及声发射损伤点的损伤变量。研究结果表明:随试件的加载进程,混凝土分形维数和损伤变量变化规律一致,可将混凝土分形维数和损伤变量的快速增大作为混凝土失稳破坏的前兆;综合利用混凝土三维重建图像和声发射损伤图,对混凝土裂缝萌生和演化的全过程进行观察和分析,这为分析混凝土的裂缝萌生损伤过程和定位损伤位置提供了一种新方法。 展开更多

关键词 混凝土 三维细观模型 分形维数 损伤定位

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闭孔泡沫铝的多轴唯象受压本构参数 被引量：6

16

作者 张健 赵桂平 卢天健 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2015年第4期651-663,共13页

基于显微计算机断层扫描影像信息,逆向重建闭孔泡沫铝试件的三维细观有限元模型,定量研究闭孔泡沫铝在多轴压缩载荷作用下的大变形力学行为.讨论了泡沫金属唯象弹塑性本构参数的确定方法,根据计算结果确定了3个有代表性的泡沫材料本构... 基于显微计算机断层扫描影像信息,逆向重建闭孔泡沫铝试件的三维细观有限元模型,定量研究闭孔泡沫铝在多轴压缩载荷作用下的大变形力学行为.讨论了泡沫金属唯象弹塑性本构参数的确定方法,根据计算结果确定了3个有代表性的泡沫材料本构模型的本构参数,并验证了这些本构模型在描述多轴压缩应力状态下的精度.研究表明,对于单轴压缩,3个本构模型的屈服面均有很好的精度;对于静水压缩,有限元软件"ABAQUS"的可压缩泡沫本构模型屈服面会发生严重偏离,陈-卢本构模型"屈服面"略微低估静水压缩的屈服应力,而体积强化本构模型的屈服面有很好的精度. 展开更多

关键词 可压缩本构关系 三维细观有限元模型 逆向工程 显微计算机断层扫描 多孔金属材料

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负温环境内置电养护混凝土温度场模拟与保温热参数优化

17

作者 刘仲洋 陈宝铭 +4 位作者 黄轶淼 顾宇森 王平 宋金哥 潘雨洁 《硅酸盐通报》 2025年第10期3644-3653,共10页

温度是影响负温环境下自限温加热电缆内置电养护(SHC-IEC)混凝土硬化的关键,而保温措施既是温度屏障也是能量管理器。本文利用ANSYS和AutoCAD建立了考虑随机多面体骨料的混凝土三维细观有限元模型,分析了保温措施对负温环境SHC-IEC混凝... 温度是影响负温环境下自限温加热电缆内置电养护(SHC-IEC)混凝土硬化的关键,而保温措施既是温度屏障也是能量管理器。本文利用ANSYS和AutoCAD建立了考虑随机多面体骨料的混凝土三维细观有限元模型,分析了保温措施对负温环境SHC-IEC混凝土温度-时间特性的影响,并进行了试验验证。此外,基于成熟度理论优化了SHC-IEC的保温配置和养护时间设计方案。结果表明,三维细观有限元模型具有良好的精确度,有限元模拟温度结果与试验测试结果仅偏差0.83℃。保温层厚度与保温材料的导热系数显著影响负温环境下SHC-IEC混凝土试件的最高温度和温度场的均匀性。当保温层厚度超过50 mm或保温材料导热系数小于0.05 W/(m·℃)时,温度提升的效率逐渐下降。采用成熟度理论,以28 d标准养护的30%和50%抗压强度值为基准,保温材料导热系数为0.032~0.149 W/(m·℃)时,对应最短加热时长为13.089~15.605 h;保温层厚度为13~380 mm时,对应最短加热时长为21.400~25.775 h。 展开更多

关键词 混凝土 负温环境 自限温加热电缆内置电养护 三维细观有限元模型 温度场

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