再生混凝土材料的应用技术是一项重大的工程课题，其细观结构与宏观力学性能关系及破坏机理研究是十分重要的科学问题及学科前沿热点。本书结合这一学科热点课题，针对再生混凝土材料细观结构的细观力学分析方法开展系统深入的研究，提出了平面和空间的静动态损伤问题的基面力单元法模型，发展了多种再生混凝土的细观建模方法和细观损伤演化本构关系，研发了一系列高性能并行计算的基面力单元法分析集成软件，开展了大量的程序验证工作，实现了混凝土类材料的二维和三维的大规模静态、动态数值模拟。针对再生混凝土材料细观结构破坏机理和破坏规律这个科学课题的系统计算、分析和研究工作，取得了大量具有创新性的研究成果。
样章试读
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前言
主要符号
第1章绪论1
1.1课题背景及意义1
1.2再生混凝土力学性能研究2
1.2.1抗压强度3
1.2.2抗拉强度4
1.2.3弹性模量4
1.2.4峰值应变和极限应变5
1.2.5单轴压缩下应力-应变关系5
1.3混凝土力学性能的动态效应7
1.3.1动力增强系数8
1.3.2破坏模式10
1.3.3动力破坏机理研究11
1.4混凝土多尺度结构13
1.4.1宏观尺度14
1.4.2细观尺度14
1.4.3微观尺度15
1.5细观尺度模型的研究16
1.5.1细观数值模型的分类17
1.5.2连续介质细观力学模型的生成方法17
1.5.3连续介质细观力学模型的应用18
1.6基面力单元法简介21
1.7现存主要问题21
1.8本书的主要内容22
第2章基于势能原理的基面力单元法25
2.1基面力基本理论简介25
2.1.1基面力25
2.1.2基面力与应力张量关系表达式27
2.1.3基面力理论基本方程27
2.2二维势能原理基面力单元法29
2.2.1平面三角形基面力元模型29
2.2.2势能原理基面力单元法主程序流程图33
2.2.3模型正确性验证33
2.3三维势能原理基面力单元法36
2.3.1空间四节点四面体基面力元模型36
2.3.2空间问题主应力及其计算公式40
2.3.3三维基面力单元法主程序开发41
2.3.4模型正确性验证42
2.4动力问题的基面力单元法模型44
2.4.1质量矩阵和阻尼矩阵45
2.4.2动力方程的求解46
2.5静动态损伤问题的基面力单元法模型47
2.5.1直接迭代法47
2.5.2收敛准则48
2.5.3求解步骤48
2.6静动态损伤问题的基面力单元法程序设计49
2.6.1程序流程图49
2.6.2损伤问题的基面力单元法程序验证49
2.7本章小结51
第3章再生混凝土二维细观模型52
3.1基于数字图像技术的再生混凝土细观模型52
3.1.1再生混凝土各相材料分布信息的提取53
3.1.2图像分段变换53
3.1.3滤波除噪54
3.1.4边界处理54
3.2再生混凝土二维随机圆骨料试件几何模型56
3.2.1再生骨料颗粒数与级配56
3.2.2再生骨料老砂浆层厚度57
3.3再生混凝土二维随机凸多边形骨料试件几何模型58
3.4非结构化网格划分策略与实现61
3.4.1网格优化策略61
3.4.2网格内部边界层形成策略62
3.4.3算法63
3.5再生混凝土投影网格模型65
3.6实例应用66
3.7不可交叉渗透的零厚度界面单元在界面过渡区的应用68
3.7.1基本原理69
3.7.2自动插设零厚度界面单元算法71
3.8本章小结72
第4章再生混凝土三维细观模型74
4.1再生混凝土三维随机球骨料试件几何模型74
4.1.1富勒颗粒级配理论75
4.1.2骨料颗粒粒径的随机产生算法75
4.1.3再生骨料老砂浆层厚度76
4.1.4骨料随机投放算法77
4.2再生混凝土三维随机凸多面体骨料试件几何模型78
4.3非结构化网格划分策略与实现82
4.3.1网格内部边界层形成策略82
4.3.2实例应用84
4.4不可交叉渗透的零厚度界面单元在界面过渡区的应用87
4.5本章小结90
第5章再生混凝土材料细观损伤本构模型91
5.1细观损伤演化本构模型91
5.1.1双折线损伤演化本构模型92
5.1.2多折线损伤演化本构模型93
5.1.3分段曲线损伤演化本构模型94
5.2应变空间下的多轴损伤本构模型96
5.2.1应变空间下的破坏准则96
5.2.2非线性指标97
5.2.3等效一维应力-应变关系98
5.2.4割线泊松比的计算99
5.3不可交叉渗透的零厚度界面单元的损伤本构模型99
5.4材料参数Weibull概率分布101
5.5本章小结103
第6章再生混凝土的细观均质化模型105
6.1再生混凝土圆骨料复合球等效模型105
6.1.1泊松比的等效105
6.1.2弹性模量的等效106
6.1.3强度的等效109
6.2细观均质化模型109
6.2.1Voigt并联分析模型及Reuss串联分析模型109
6.2.2细观均质化模型计算程序流程图111
6.3本章小结112
第7章高性能计算软件研发113
7.1串行程序设计方案113
7.1.1一维变带宽存储113
7.1.2方程组分块直接解法114
7.1.3再生混凝土细观模型的串行计算程序流程图115
7.1.4数值算例117
7.2高性能计算软件研发119
7.2.1基于共享内存模式OpenMP的并行方案120
7.2.2基于矩阵分解的PARDISO的并行求解121
7.2.3数值算例124
7.3本章小结124
第8章二维再生混凝土破坏机理静态模拟与验证126
8.1再生混凝土试件轴向拉伸和压缩数值模拟算例验证126
8.1.1模型再生混凝土126
8.1.2再生混凝土133
8.2材料参数分析140
8.2.1新砂浆强度的影响140
8.2.2老砂浆强度的影响142
8.2.3新界面过渡区强度的影响143
8.2.4老界面过渡区强度的影响145
8.3骨料形状的影响146
8.3.1骨料形状对轴心受拉性能的影响147
8.3.2骨料形状对轴心受压性能的影响150
8.4基于数字图像技术的再生混凝土破坏机理静态模拟与验证153
8.4.1材料参数153
8.4.2破坏分析154
8.4.3分辨率的影响157
8.4.4不同数值模型的比较157
8.5零厚度界面单元在界面过渡区的应用159
8.5.1零厚度界面单元与基面力单元对比分析160
8.5.2拉剪混合破坏试验的数值模拟与分析161
8.6细观力学参数的非均质性的对数值模拟结果的影响164
8.6.1再生混凝土试件的单轴拉伸和单轴压缩试验164
8.6.2三点弯曲切口梁试验166
8.7再生混凝土细观均质化模型的分析169
8.7.1基于细观均质化模型的再生混凝土试件单轴受力的数值模拟169
8.7.2L-型再生混凝土板拉剪混合破坏试验数值模拟172
8.8本章小结173
第9章二维再生混凝土破坏机理动态模拟与分析175
9.1动态轴拉伸试验数值模拟175
9.1.1数值模型验证175
9.1.2双边缺口试件数值模型的建立177
9.1.3动态拉伸应力-应变曲线178
9.1.4破坏模式183
9.2单轴动态压缩试验数值模拟186
9.2.1模型建立186
9.2.2加载条件186
9.2.3动态压缩应力-应变关系187
9.2.4破坏形态188
9.2.5破坏过程189
9.3本章小结190
第10章三维再生混凝土破坏机理和破坏规律的静态模拟与分析192
10.1双口槽预裂缝试件的单轴拉伸模拟与分析192
10.1.1模型建立193
10.1.2数值结果195
10.1.3骨料空间分布的影响198
10.1.4骨料粒径分布的影响200
10.1.5骨料体积分数的影响202
10.1.6再生骨料取代率的影响204
10.1.7再生骨料中老砂浆含量的影响206
10.1.8骨料形状的影响208
10.1.9界面过渡区厚度的影响210
10.1.10材料参数分析212
10.2圆柱体试件的单轴压缩模拟与分析214
10.2.1模型建立214
10.2.2数值结果216
10.2.3粗骨料体积分数的影响219
10.2.4再生骨料中老砂浆含量的影响221
10.2.5骨料形状的影响223
10.2.6多轴应力条件的影响224
10.3预裂缝三点弯曲梁的模拟与分析228
10.3.1模型建立229
10.3.2载荷-中点位移曲线230
10.3.3表面裂纹形态231
10.3.4应力分析233
10.3.5应变分析234
10.4本章小结235
第11章三维再生混凝土动态性能的细观损伤分析237
11.1动态拉伸试验细观数值模拟与分析237
11.1.1模型建立237
11.1.2数值结果240
11.1.3应变率效应分析243
11.1.4再生粗骨料体积分数的影响245
11.2动态压缩试验细观数值模拟与分析248
11.2.1模型建立248
11.2.2数值结果249
11.2.3应变率效应分析252
11.2.4再生粗骨料体积分数的影响254
11.3本章小结257
第12章结论及展望259
12.1主要工作259
12.2主要结论261
12.3展望261
参考文献263
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