3D-DIC技术在纤维混凝土损伤特性分析中的应用

3D-DIC技术在纤维混凝土损伤特性分析中的应用

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/ROGER_MM/article/details/138354801

纤维混凝土作为一种新型复合材料，通过在水泥基体中掺加纤维来改善其力学性能。为了深入研究纤维混凝土的损伤特性，科研人员采用3D-DIC（数字图像相关）技术进行实验分析。本文将详细介绍3D-DIC技术在纤维混凝土损伤特性分析中的应用，包括实验背景、目的、优势、准备过程和具体步骤，并展示实验过程中获得的各类数据和图像。

实验背景

在混凝土中掺加纤维，是近年来迅速发展的一种材料复合技术。纤维混凝土通常是以水泥净浆、砂浆或者混凝土为基材，以非连续的短纤维或者连续的长纤维作增强材料所组成的水泥基复合材料，主要通过桥接作用来限制微观裂缝的发展，从而改善混凝土的性能。

纤维加入水泥基体中的力学作用主要包括：

1. 阻裂
2. 耐久性提升
3. 抗冲击能力增强
4. 抗拉强度提高

实验目的

为深入了解纤维混凝土抗拉的宏观性态演化规律，用于纤维混凝土材料和结构的设计和优化，需研究纤维混凝土在拉伸条件下的强度、变形、延性和开裂损伤机理。

本实验使用XTDIC三维全场应变测量分析系统，通过非接触式测量方法，对材料标准试件拉伸实验，测量其材料在相应变形力情况下的变形及裂纹扩展过程，对研究材料的相关力学性能提供重要数据支持。

实验优势和创新

1. 采用非接触式光学测量方法，通过纤维混凝土标准试件拉伸实验，测量其在加载情况下的变形及裂纹扩展过程，对研究材料的相关力学性能提供重要数据支持。
2. 结合DIC技术开展纤维混凝土试件直接拉伸试验，可揭示纤维体积掺量、纤维长度和纤维类型对纤维混凝土开裂模式、抗拉强度、峰值应变以及裂后延性的耦合影响规律。
3. 基于纤维混凝土直接拉伸细观破坏机理，可综合分析不同类型的纤维混凝土应力-应变关系模型，可通过引入拉伸损伤因子综合考虑抗拉强度、峰值应变以及裂后延性对纤维混凝土损伤发展特性的影响。

实验准备

1. 设备架设和调试：对XTDIC设备进行架设，并调整到合适的距离和高度
2. 对设备进行标定，保证实验精度
3. 对样件进行预处理：拉伸实验被测件为有机纤维混合的混凝土预制试样。

图1：纤维混凝土预制试样

实验过程

在实验装上安装好纤维混凝土拉伸试件，通过拉伸实验机施加载荷，XTDIC三维全场应变测量系统搭载的工业相机采集数据，直至试件断裂实验机力值卸载，研究纤维混凝土的开裂特性及破坏模式、强度及变形特性、延性特征、拉伸破坏机理，以及损伤演化规律。

XTDIC三维全场应变测量系统可以计算出实验过程中的应变分布云图的变化过程，为分析研究材料的变形行为及失效断裂机理提供了良好的途径，下图中颜色的深浅就代表着对应位置应变量的高低。

图2：纤维混凝土拉伸断裂演化过程关键点应变曲线

图3：纤维混凝土拉伸过程中试件表面裂纹宽度变化曲线

图4：纤维混凝土试件横向位移图

图5：纤维混凝土试件纵向位移图

图6：试件中部截线位置应变变化曲线

纤维混凝土抗裂性能和耐久性能的提高，对建设优质、美观、耐久的工程意义重大。DIC技术可以提供详细的材料变形行为数据，包括局部应变、应力集中区域、应变集中区域等信息，帮助研究人员深入了解材料的变形、断裂与损伤机制和行为。

本文原文来自CSDN博客