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Elsevier官微专题报道一定发娱乐_一定发娱乐官网课题组珊瑚混凝土研究成果

时间:2021-05-08作者:来源:一定发娱乐_一定发娱乐官网点击:213

429日,全球最大学术出版商Elsevier官方微信(“爱思唯尔Elsevier”)以“高强全珊瑚海水混凝土——助力岛礁工程建设”为题,在头条位置重点报道一定发娱乐_一定发娱乐官网一定发娱乐_一定发娱乐官网土木与机场工程系“先进土木工程材料与结构”课题组与东南大学“细观力学与防护工程”课题组共同完成的“试件长径比对珊瑚混凝土抗压性能影响的三维细观研究”的学术论文(Composites Part B-Engineering2020198108025)和论文作者。

爱思唯尔Elsevier”头条主要报道具有突破意义的原创性科研成果、重大科研资讯和重点期刊推荐等内容,其中原创性科研成果,需要经过期刊主编特别推荐,以中文形式重点报道从Elsevier旗下2600余种学术期刊中精选出的一篇原创性学术论文,希望尽可能让更多的受众了解原创性学术成果的研究意义。现转载“爱思唯尔Elsevier”的报道全文如下:

爱思唯尔是全球领先的信息分析公司,帮助科学家和临床医生发现新的答案、重塑人类知识并应对最急迫的人类危机。爱思唯尔在战略研究管理、研发表现、临床决策支持和专业教育领域提供数字化解决方案和工具,包括ScienceDirectScopusSciValClinicalKeySherpath。爱思唯尔出版超过2600部数字化期刊,如The Lancet《柳叶刀》和Cell《细胞》, 39000多种电子书籍以及诸多经典参考书,如Gray’s Anatomy《格氏解剖学》。爱思唯尔是励讯集团(RELX)的成员之一,励讯集团为全球专业人士和商业客户提供科学、医疗、法律和商业领域信息分析服务及解决方案。

导读

我国南海岛礁远离祖国大陆,砂石与淡水资源匮乏,为了降低造价、保证工期和解决原材料来源等问题,在不破坏岛礁生态环境的前提下,就地取材,采用珊瑚礁()作粗()骨料,海水拌合和养护的方法制备的珊瑚混凝土,已逐步应用于港口、堤坝、机场与道路等岛礁工程建设中,具有重要的理论意义和工程应用价值。与普通混凝土的上百年研究历史相比,国际学术界对珊瑚混凝土的研究工作起步较晚,虽然作者所在课题组和国内外其他研究机构已开展包括珊瑚混凝土配合比设计、制备技术、基本力学性能、结构耐久性及寿命设计等方面内容在内的众多系统性研究工作,但对不同荷载作用下珊瑚混凝土细观力学行为及损伤破坏机理研究仍很不充分。

最近南京航空航天大学余红发教授和东南大学张锦华教授团队在Elsevier旗下的Composites Part B: Engineering期刊联合发表了关于珊瑚混凝土细观力学行为及损伤破坏机理的研究论文。

研究人员提出了一种新颖的混凝土3D随机细观模型,对不同高径比珊瑚混凝土试件的静态抗压行为及破坏机理进行了研究。研究发现珊瑚混凝土的单轴抗压强度和应力应变曲线均与试件高径比有关,随着高径比的增大,峰后应力应变曲线变得更陡,表现出明显的局部破坏行为。较短试件的破坏速度更快,而较长试件的表面裂纹沿着试件侧面不断扩展。上述研究结果对于珊瑚混凝土结构分析具有一定的指导意义和工程价值。

在细观层次上,混凝土通常被假定为一种由粗骨料、砂浆及二者之间的界面过渡区组成的复合材料,细观各组分的力学性质直接或间接地决定了混凝土材料的宏观力学性质和破坏模式,深入研究混凝土细观结构特点及其力学性能,建立细观结构和宏观力学性能之间的关系,是混凝土力学性能研究的重要内容之一。近年来,随着计算机技术的发展,国内外学者逐步开始尝试建立包含随机骨料模型的三维混凝土细观模型,以此来探究不同荷载作用下混凝土力学响应及损伤破坏机理。混凝土中的粗、细骨料的总体积占混凝土体积的60~80%,其中粗集料约占到60%,构成混凝土的主要空间骨架结构,粗骨料的形状、尺寸、体积和强度等参数直接影响着混凝土的基本力学性能。常用的粗骨料根据形状主要分为碎石和卵石骨料,前者表面粗糙、棱角尖锐,是工程中常见的粗骨料材料。为了模拟混凝土中粗骨料的随机分布特征,有些文献采用不同形状的几何模型对骨料进行数值模拟,从二维空间的圆形、椭圆形和多边形发展到三维空间球体、椭球体和随机多面体。然而,上述骨料模型大多属于规则几何模型,无法准确反映实际骨料的空间随机几何特征及混凝土的细观结构,在混凝土破坏形态模拟及破坏机理分析方面也存在着较多的局限性。因此,在综合考虑计算精度和效率的前提下,该研究成果提出一种新颖的混凝土三维随机细观模型算法,基于自编FortranAPDL程序,使用ANSYS软件建立一种具有随机形状和尺寸的三维随机颗粒模型,来模拟破碎珊瑚骨料的空间随机特征。

1随机骨料序列


按照混凝土骨料的级配要求,确定不同粒径骨料的颗粒数量,根据随机多面体骨料生成算法,分别生成不同粒径骨料颗粒,形成骨料库,然后按照随机排列的原则,将骨料库中不同粒径骨料颗粒全部取出,生成随机排列的待投放骨料序列(图1所示)。按照随机排列原则、空间三维随机投放分布准则及多面体骨料空间随机旋转/平移算法,生成不同级配、不同骨料体积分数的骨料空间随机分布几何模型(图2所示);最后,采用映射网格方法和材料属性判定算法,根据不同单元的材料属性,依次确定砂浆单元、骨料单元与界面粘结单元,最终得到珊瑚混凝土的三维有限元模型(图3所示)。

2骨料级配曲线与空间随机投放


3不同高径比的混凝土三维细观有限元模型


利用已有普通混凝土和珊瑚混凝土试验数据,对该研究工作所提出的三维随机细观模型及相关模型参数进行分析验证(图4)。基于所建立的三维随机细观模型及已有珊瑚混凝土的力学性能试验参数,从细观层次研究了试件高径比(2~6)对珊瑚混凝土的准静态应力-应变关系的影响规律,得到了不同长径比珊瑚混凝土试件抗压强度变化规律(图5)。结果表明:珊瑚混凝土的单轴抗压强度与试件高径比有关,但当高径比为2.5~3时,强度差异较小。珊瑚混凝土试件的应力峰值应变与试件高度成正比,由于混凝土局部损伤破坏,使得峰后应力应变曲线随着试件高度增加而变得更陡。通过对珊瑚混凝土的开裂过程和破坏形态进行数值分析(图6),得到了静态荷载作用下珊瑚混凝土的破坏模式及失效机理,即:当试件高径比为2时,试件从顶部开始发生均匀开裂破坏;当试件高径比较大(3~6)时,试件底部开始出现局部破坏,且随着应力的增大,裂缝沿着试件侧面不断倾斜发展,最终导致试件发生开裂剥落破坏。其中,高径比较小的珊瑚混凝土试件开裂破坏速度更快;当试件高径比超过2~3时,珊瑚混凝土试件开裂破坏位置距离试件底面的高度(即整体破坏高度)约为试件直径的3倍。

a)普通混凝土

b)珊瑚混凝土

4试验结果与数值结果对比


5高径比对珊瑚混凝土应力应变关系及强度的影响规律


6不同高径比的珊瑚混凝土试件破坏形态

前述研究表明,基于三维随机细观模型所得到的数值结果与既有试验数据之间具有较高的吻合度,说明作者所提出的三维随机细观模型及相应的珊瑚混凝土细观模型参数,在研究珊瑚混凝土的静态抗压行为方面具有较高的可靠性。该研究工作在深入研究珊瑚混凝土材料的静态和准静态力学行为基础上,揭示了珊瑚混凝土损伤破坏的细观机理,同时为不同荷载作用下珊瑚混凝土或其他混凝土类材料的静动态力学性能分析研究提供新思路。

该研究成果近期以“3D mesoscopic investigation of the specimen aspect-ratio effect on the compressive behavior of coral aggregate concrete”为题发表在Composites Part B: Engineering上,南京航空航天大学一定发娱乐_一定发娱乐官网博士研究生吴彰钰为论文第一作者,东南大学土木工程学院张锦华教授和南京航空航天大学一定发娱乐_一定发娱乐官网余红发教授为论文通讯作者,南京航空航天大学一定发娱乐_一定发娱乐官网麻海燕讲师为共同作者。该项工作得到多项国家自然科学基金项目联合资助。

《新华日报》于2021414日进行了新闻报道。

论文作者介绍(略)