復(fù)合多孔材料非完美界面數(shù)值模擬方法.pdf

1、混凝土是由不同尺寸和形狀的骨料嵌入在水泥基體中而形成的一種多孔復(fù)合材料。由于水合作用，在夾雜骨料和水泥漿之間會(huì)形成一個(gè)起到連接作用的過(guò)度層。這一特殊結(jié)構(gòu)被稱(chēng)為界面過(guò)渡區(qū)(Interfacial Transition Zone)。研究表明，此過(guò)渡區(qū)厚度從10微米到100微米不等，常具有較高的孔隙度。這是因?yàn)樵诨炷粱旌蠑嚢璧倪^(guò)程中局部過(guò)量的水分聚集在夾雜骨料的表面而形成了液膜。這一微觀結(jié)構(gòu)的力學(xué)和物理性能與夾雜和水泥基體相比具有顯著不同，

2、其性質(zhì)對(duì)材料的整體性能會(huì)產(chǎn)生重要影響。
　　在本論文的第一部分，我們考慮以線彈性多孔介質(zhì)理論為基礎(chǔ)，建立三相線彈性多孔介質(zhì)模型，即由彈性多孔基體、彈性多孔夾雜以及嵌入兩者之間的均勻的、具有很薄厚度的彈性多孔過(guò)渡區(qū)共同構(gòu)成的復(fù)合材料模型。運(yùn)用數(shù)學(xué)方法以及飽和多孔介質(zhì)的控制方程，可以將此過(guò)渡區(qū)幾何替代為無(wú)厚度的不完美界面模型。文中對(duì)廣義線彈性多孔不完美界面的場(chǎng)跳躍進(jìn)行了詳細(xì)推導(dǎo)。最后，對(duì)剛性界面/柔性界面和高滲透率/低滲透率構(gòu)成的極限

3、情況進(jìn)行了討論。
　　在論文的第二部分中，采用表面應(yīng)力模型(Coherent model)進(jìn)行一步研究。這一模型對(duì)應(yīng)于剛性界面和高滲透率的情況，具體來(lái)說(shuō)是指位移和孔隙壓力在通過(guò)界面時(shí)保持連續(xù)，而法向應(yīng)力和法向流體通量產(chǎn)生跳躍項(xiàng)。這項(xiàng)工作的第二個(gè)目的是提出一種有效的數(shù)值方法來(lái)處理不排水情況下表面力模型所描述的界面不連續(xù)問(wèn)題。為此，首先根據(jù)相應(yīng)的邊界條件，建立了包含界面的線彈性多孔介質(zhì)固體相和流體輸運(yùn)的弱形式。然后利用擴(kuò)展有限元法(X