三维应变测量技术在混凝土材料断裂中的应用

清风月

三维应变测量技术在混凝土材料断裂中的应用

　　混凝土是一种多相复合材料，抗拉强度低，混凝土骨料与水泥浆的粘结界面是薄弱环节，在外力载荷作用下，容易贯通成裂纹，并发展长大，扩展成宏观裂缝，并最终出现低应力脆断现象，对工程结构造成危害，混凝土脆断的测试研究尤为引人注目。
　　三点弯曲裂缝测试
　　混凝土抗弯性能与第一次裂纹的出现有关，断裂韧度是材料抵抗裂缝扩展能力的反映，是描述断裂性能的重要参数。混凝土断裂韧度常采用三点弯曲试验确定，可研究初始裂缝尺寸及材料组成特性等因素对混凝土断裂韧度的影响。
　　另外，混凝土的可变形性，随着服役年限的增长而降低，了解材料在不同寿命阶段的行为至关重要。三点弯曲试验可清晰显示混凝土载荷和裂缝限制，测试结果有助于开发混凝土材料配方，以便于优化和提升混凝土材料的抗拉性能。
　　DIC光学测量技术方案
　　传统的三点弯曲测试，采用应变计来检测裂纹，由于无法预测混凝土裂缝出现的初始位置，应变计无法进行全场测量，因此，很难收集到第一道裂缝发生的测量数据。
　　此外，由混凝土材料在弯曲加载下，会发生较大范围的变形或断裂，应变计在试件出现断裂时容易损坏。应变计也无法检测断裂的关键时刻，并记录混凝土试样表面的变形。
　　数字图像相关（DIC）技术是一种有效测量物体表面应变和变形的方法，在研究混凝土三点弯曲试验中，采用新拓三维自主研发的XTDIC三维全场应变测量系统，可跟踪物体表面散斑图案的变形过程，计算散斑域的灰度值的变化，从而得到被测物表面的变形和应变数据，实现从全方位、不同角度观察裂纹的扩展和演化。
　　对混凝土试样进行三点弯曲试验
　　XTDIC系统可实时计算数据
　　使用XTDIC三维应变测量系统可记录混凝土三点弯曲实验数据，可从不同的角度和不同的测量区域，不受材料和测试场地限制，并且无需进行耗时的准备工作。
　　混凝土作为一种脆性材料，其破坏肯定是突然的，XTDIC系统是非常理想分析工具。在试验中，混凝土样品受到试验机的载荷，直到其失效。XTDIC系统可记录材料混凝土试件从开始加载到失效的变形情况，测量结果可视化直观呈现，以便做进一步的分析评估。
　　混凝土试件试验裂纹检测
　　仿真模型验证
　　采用有限元仿真模拟，可以确定三点弯曲测试混凝土的负荷情况，并对混凝土性能作出可靠的预测。XTDIC系统实测数据，可以比较和验证仿真数据，便于调整和优化模拟参数。
　　混凝土断裂韧度与材料的构成和阻裂带的“强弱”等因素密切相关，在分析测试结果的基础上，可以分析三点弯曲载荷影响下混凝土断裂初始位置，断裂演化过程和断裂韧度，从而使得混凝土裂缝应力、位移场的分析数据化，更为科学合理地描述混凝土的断裂性能。