三維應變測量技術在混凝土材料斷裂中的應用

來源：東莞越聯檢測儀器有限公司蘇州分公司 2025年12月08日 07:41

混凝土是一種多相復合材料，抗拉強度低，混凝土骨料與水泥漿的粘結界面是薄弱環節，在外力載荷作用下，容易貫通成裂紋，并發展長大，擴展成宏觀裂縫，并最終出現低應力脆斷現象，對工程結構造成危害，混凝土脆斷的測試研究尤為引人注目。

三點彎曲裂縫測試

混凝土抗彎性能與次裂紋的出現有關，斷裂韌度是材料抵抗裂縫擴展能力的反映，是描述斷裂性能的重要參數。混凝土斷裂韌度常采用三點彎曲試驗確定，可研究初始裂縫尺寸及材料組成特性等因素對混凝土斷裂韌度的影響。

另外，混凝土的可變形性，隨著服役年限的增長而降低，了解材料在不同壽命階段的行為至關重要。三點彎曲試驗可清晰顯示混凝土載荷和裂縫限制，測試結果有助于開發混凝土材料配方，以便于優化和提升混凝土材料的抗拉性能。

DIC光學測量技術方案

傳統的三點彎曲測試，采用應變計來檢測裂紋，由于無法預測混凝土裂縫出現的初始位置，應變計無法進行全場測量，因此，很難收集到道裂縫發生的測量數據。

此外，由混凝土材料在彎曲加載下，會發生較大范圍的變形或斷裂，應變計在試件出現斷裂時容易損壞。應變計也無法檢測斷裂的關鍵時刻，并記錄混凝土試樣表面的變形。

數字圖像相關（DIC）技術是一種有效測量物體表面應變和變形的方法，在研究混凝土三點彎曲試驗中，采用三維全場應變測量系統，可跟蹤物體表面散斑圖案的變形過程，計算散斑域的灰度值的變化，從而得到被測物表面的變形和應變數據，實現從、不同角度觀察裂紋的擴展和演化。

對混凝土試樣進行三點彎曲試驗

三維全場應變測量系統可實時計算數據

使用三維全場應變測量系統可記錄混凝土三點彎曲實驗數據，可從不同的角度和不同的測量區域，不受材料和測試場地限制，并且無需進行耗時的準備工作。

混凝土作為一種脆性材料，其破壞肯定是突然的，三維全場應變測量系統是非常理想分析工具。在試驗中，混凝土樣品受到試驗機的載荷，直到其失效。三維全場應變測量系統可記錄材料混凝土試件從開始加載到失效的變形情況，測量結果可視化直觀呈現，以便做進一步的分析評估。

混凝土試件試驗裂紋檢測

仿真模型驗證

采用有限元仿真模擬，可以確定三點彎曲測試混凝土的負荷情況，并對混凝土性能作出可靠的預測。三維全場應變測量系統實測數據，可以比較和驗證仿真數據，便于調整和優化模擬參數。

混凝土斷裂韌度與材料的構成和阻裂帶的“強弱”等因素密切相關，在分析測試結果的基礎上，可以分析三點彎曲載荷影響下混凝土斷裂初始位置，斷裂演化過程和斷裂韌度，從而使得混凝土裂縫應力、位移場的分析數據化，更為科學合理地描述混凝土的斷裂性能。

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