混凝土弹性模量试模

混凝土 耐久性

维普资讯 http://www.77cn.com.cn

第3 7卷第 4期 2 6年 4月 00

人民长江 Ya gz Ri e n te vr

V 13, o 4 o .7 N .

A r, 20 pl i 06

文章编号：0 1 4 7 (o6o—05—0 10— 19 2o )4 0 8 4

冻融循环后普通混凝土变形特性的试验研究商怀帅 尹全贤2宋玉普覃丽坤。 (. 1大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室，宁大连 162; 2大连市公路管理处，宁大连辽 104 .辽 162; 3大连大学土木建筑系，宁大连 16 2 ) 10 4 .辽 16 2摘要：经过 02、0 7对、55、5次冻融循环作用后的普通混凝土在双轴压荷载作用下的变形特性进行了试验研究， 测得了混凝土试件在两个加栽方向的强度及应力一应变关系，并对试验结果进行了分析，讨论了冻融循环及中间应力对峰值应力点对应的应变的影响。在分析试验资料的基础上，建立了冻融循环作用后普通混凝土在应变空间的破坏准则；这项试验研究工作为复杂应力状态下可能经受冻融循环作用的普通混凝土结构提供了经济可靠的设计和理论依据。

关

键

词：混凝土；冻融循环；应变空间；力比；应破坏准则

中图分类号： V

第37卷第24期2011年8月

文章编号：1009-6825（2011）24-0107-02

SHANXI

山西

ARCHITECTURE

建筑

Vol．37No．24Aug．2011

·107·

基于ANSYS的混凝土有效弹性模量模拟分析

李

摘

勇

要：在细观层次上将混凝土看作由骨料和砂浆组成的二相复合材料，应用通用有限元软件ANSYS对混凝土的有效

Mori-Tanaka方法等细观力学方法预测结果与有限元数值试验得到的结果进模量进行了模拟，并将稀疏分布、自洽方法、

行比较，对这些细观力学方法预测精度及其变化规律进行了讨论，对混凝土材料性能的研究具有重要意义。

关键词：细观力学，混凝土，有效弹性模量，有限元分析中图分类号：TU528

混凝土材料性能的研究对于充分发挥材料强度、提高工程结

构的安全性都具有重要意义，其弹性模量是结构分析和设计中的国内外学者提出了多种模型来预测弹性模量与混凝土重要参数，

细观结构组分及相应力学性能的关系，以达到对混凝土材料进行优化设计的最终目的

［1］

文献标识码：A

为考虑其他骨料的影响，自洽法假定将骨料单独嵌于弹性性能未

知的等效介质之中，且骨料周围等效介质的弹性常数恰好就是复合材料的弹性常数。

4）广义自洽法。为更好地考虑基体与骨

拉伸长法测定金属丝的杨氏弹性模量

[实验目的]

1、弹性限度内，验证虎克定律，学习用静态拉伸法测定金属丝的杨氏弹性模量。 2、掌握光杠杆法测定长度微小变化的原理，并掌握其使用，学会望远镜尺组的使用。

3、学会用逐差法处理数据。 [实验仪器与器材]

1、弹性模量测定仪（包括主体支架、光杠杆、望远镜尺组） 2、待测金属丝

3、螺旋测微器、钢卷尺、直尺 4、砝码组

5、水准仪 [实验原理]

测定某金属的杨氏弹性模量，一般采用弹性限度内的拉伸试验。取一粗细均匀的金属丝，

d2长为L，截面积为S??，d为截面直径，将其上端固定，下端悬挂质量为m的砝码，

4F?L测金属丝内产生单位面积的强力，即应力??，单位长度的伸长应变??，虎克定理

SL指出，在弹性限度内，应力与应变成正比，即

F?L?y （5-1-1） SLy称为金属材料杨氏弹性模量，它完全由材料的性质所决定。

将（5-1-1）式改写成 ?L?FL （

变形模量、弹性模量、压缩模量的关系

变形模量的定义在表达式上和弹性模量是一样的E=ζ/ε，对于变形模量ε是指应变，包括弹性应变εe和塑性应变εp，对于弹性模量而言，ε就是指εe(计算变形模量时，应变ε包括了弹性应变和

塑性应变)。

岩土的弹性模量要远大于压缩模量和变形模量，而压缩模量又大于变形模量。弹性模量>压缩模量>变形模量。

弹性模量也叫杨氏模量（岩土体在弹性限度内应力与应变的比值）压缩模量是有侧限的，杨氏模量是无侧限的。同样的土体，同样的荷载，有侧限的土体应变小，所以压缩模量更大才对。这只是弹性理论上的关系，对土体这种自然物不一定适用。土体计算中所用的称为“弹性模量”不一定是在弹性限度 内。E——弹性模量；Es——压缩模量；Eo——变形模量。

弹性模量＝应力/弹性应变，它主要用于计算瞬时沉降。

压缩模量和变形模量均＝应力/总应变。压缩模量是通过现场取原状土进行实验室有侧限压缩实验得出的，而变形模量则是通过现场的原位载荷试验得出的，它是无侧限的。弹性模量要远大于压缩模量和变形模量，而压缩模量又大于变形模量。地堪报告中，一般给出的是土的压缩模量Es与变形模量Eo，而一般不会给出弹性模量E。

数值模拟中一般用Eo，E（50），达到峰值应力（应变

第37卷第24期2011年8月

文章编号：1009-6825（2011）24-0107-02

SHANXI

山西

ARCHITECTURE

建筑

Vol．37No．24Aug．2011

·107·

基于ANSYS的混凝土有效弹性模量模拟分析

李

摘

勇

要：在细观层次上将混凝土看作由骨料和砂浆组成的二相复合材料，应用通用有限元软件ANSYS对混凝土的有效

Mori-Tanaka方法等细观力学方法预测结果与有限元数值试验得到的结果进模量进行了模拟，并将稀疏分布、自洽方法、

行比较，对这些细观力学方法预测精度及其变化规律进行了讨论，对混凝土材料性能的研究具有重要意义。

关键词：细观力学，混凝土，有效弹性模量，有限元分析中图分类号：TU528

混凝土材料性能的研究对于充分发挥材料强度、提高工程结

构的安全性都具有重要意义，其弹性模量是结构分析和设计中的国内外学者提出了多种模型来预测弹性模量与混凝土重要参数，

细观结构组分及相应力学性能的关系，以达到对混凝土材料进行优化设计的最终目的

［1］

文献标识码：A

为考虑其他骨料的影响，自洽法假定将骨料单独嵌于弹性性能未

知的等效介质之中，且骨料周围等效介质的弹性常数恰好就是复合材料的弹性常数。

4）广义自洽法。为更好地考虑基体与骨

动态法测量杨氏弹性模量

郑新飞

杨氏模量是固体材料在弹性形变范围内正应力与相应正应变（当一条长度为L、截面积为S的金属丝在力F作用下伸长ΔL时，F/S叫应力，其物理意义是金属丝单位截面积所受到的力；ΔL/L叫应变，其物理意义是金属丝单位长度所对应的伸长量）的比值，其数值的大小与材料的结构、化学成分和加工制造方法等因素有关。杨氏模量的测量是物理学基本测量之一，属于力学的范围。根据不同的测量对象，测量杨式模量有很多种方法，可分为静态法、动态法、波传播法三类。

一、实验目的

1、理解动态法测量杨氏模量的基本原理。

2、掌握动态法测量杨氏模量的基本方法，学会用动态法测量杨氏模量。

3、了解压电陶瓷换能器的功能，熟悉信号源和示波器的使用。 4、培养综合运用知识和使用常用实验仪器的能力。

二、实验仪器

1、传感器I（激振）：把电信号转变成机械振动。

2、试样棒：由悬线把机械振动传给试样，使试样受迫做共振动。 3、传感器II（拾振）：机械振动又转变成电信号。 4、示波器：观察传感器II转化的电信号大小。

三、实验原理

理论上可以得出用动态悬挂法测定金属材料的杨氏模量，为

l3m2E?1.60674f

钢筋混凝土弹性模量

钢筋混凝土弹性模量计算方法

(1) 首先建立有限元模型，这里我们选用ANSYS软件自带的专门针对混凝土的单元类型Solid 65，进入ANSYS主菜单

Preprocessor->Element Type->Add/Edit/Delete，选择添加Solid 65号混凝土单元。

(2) 点击Element types窗口中的Options，设定Stress relax after cracking为Include，即考虑混凝土开裂后的应力软化行为，这样在很多时候都可以提高计算的收敛效率。

(3) 下面我们要通过实参数来设置Solid 65单元中的配筋情况。进入ANSYS主菜单Preprocessor-> Real

Constants->Add/Edit/Delete，添加实参数类型1与Solid 65单元相关，输入钢筋的材料属性为2号材料，但不输入钢筋面积，即这类实参数是素混凝土的配筋情况。

(4) 再添加第二个实参数，输入X方向配筋为0.05，即X方向的体积配筋率为5%。

(5) 下面输入混凝土的材料属性。混凝土的材料属性比较复杂，其力学属性部分一般由以下3部分组成：基本属性，包括弹性模量和泊松比；本构关系，定义

钢筋混凝土弹性模量

钢筋混凝土弹性模量计算方法

(1) 首先建立有限元模型，这里我们选用ANSYS软件自带的专门针对混凝土的单元类型Solid 65，进入ANSYS主菜单

Preprocessor->Element Type->Add/Edit/Delete，选择添加Solid 65号混凝土单元。

(2) 点击Element types窗口中的Options，设定Stress relax after cracking为Include，即考虑混凝土开裂后的应力软化行为，这样在很多时候都可以提高计算的收敛效率。

(3) 下面我们要通过实参数来设置Solid 65单元中的配筋情况。进入ANSYS主菜单Preprocessor-> Real

Constants->Add/Edit/Delete，添加实参数类型1与Solid 65单元相关，输入钢筋的材料属性为2号材料，但不输入钢筋面积，即这类实参数是素混凝土的配筋情况。

(4) 再添加第二个实参数，输入X方向配筋为0.05，即X方向的体积配筋率为5%。

(5) 下面输入混凝土的材料属性。混凝土的材料属性比较复杂，其力学属性部分一般由以下3部分组成：基本属性，包括弹性模量和泊松比；本构关系，定义

大连理工大学

大 学 物 理 实 验 报 告

院（系） 材料学院 专业 材料物理 班级 0705 姓 名 童凌炜 学号 200767025 实验台号 实验时间 2008 年 11 月 11 日，第12周，星期 二 第 5-6 节

实验名称 拉伸法测弹性模量

教师评语

实验目的与要求：

1. 用拉伸法测定金属丝的弹性模量。

2. 掌握光杠杆镜尺法测定长度微小变化的原理和方法。 3. 学会处理实验数据的最小二乘法。

主要仪器设备：

弹性模量拉伸仪（包括钢丝和平面镜、直尺和望远镜所组成的光杠杆装置）， 米尺， 螺旋测微器

实验原理和内容： 1. 弹性模量

一粗细均匀的金属丝， 长度为l， 截面积为S， 一端固定后竖直悬挂， 下端挂以质量为m的砝码； 则金属丝在外力F=mg的作用下伸长Δl。 单位截面积上所受的作用力F/S称为应力， 单位长度的伸长量 Δl/l称为应变。

有胡克定律成立：在物体的弹性形变范围内，应力F/S和Δl/l应变成正比， 即

F l

E Sl

其中的比例系数

E

称为该材料的弹性模量。

F/S

l/l

性质： 弹性模

篇一：大学物理实验《用拉伸法测金属丝的杨氏弹性模量》

用拉伸法测金属丝的杨氏弹性模量

一、 实验目的

1.学会用光杠杆法测量杨氏弹性模量； 2.掌握光杠杆法测量微小伸长量的原理； 3.学会用逐差法处理实验数据；

4.学会不确定的计算方法，结果的正确表达； 5.学会实验报告的正确书写。 二、 实验仪器

杨氏弹性模量测量仪(型号见仪器上)（包括望远镜、测量架、光杠杆、标尺、砝码）、钢卷尺（0-200cm ,0.1 、游标卡尺(0-150mm,0.02)、螺旋测微器(0-150mm,0.01) 三、 实验原理

在外力作用下，固体所发生的形状变化成为形变。它可分为弹性形变和塑性形变两种。本实验中，只研究金属丝弹性形变，为此，应当控制外力的大小，以保证外力去掉后，物体能恢复原状。

最简单的形变是金属丝受到外力后的伸长和缩短。金属丝长L，截面积为S，沿长度方向施力F后，物体的伸长?L，则在金属丝的弹性限度内，有：

F

E?

L

我们把E称为杨氏弹性模量。

如上图：

?L?

?tg????

x?x??L???n（?n?n2?n0） ?

2D?n??2??D?

F

F12

?d

8FLDE???2

?Lx?dx??n

?n

LL

四、 实验内容 <一> 仪器调整

1. 杨氏弹性模量测定仪底座调