Preview

Трение и и износ

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Микромеханическая модель межфазного трения в бетоне между структурообразующими слоями с учетом влияния циклического нагружения

https://doi.org/10.32864/0202-4977-2025-46-3-250-260

Аннотация

Механизмы деформации материалов, определяющие прочность бетона в строительных конструкциях, сложны. Параметры трения зависят от материала и конструкции, которые определяются физическими характеристиками бетонных композитов. Зона перехода между структурными элементами материала подвергается ограниченной деформации, вызывая изменение физических свойств в поверхностных слоях. Это явление выявляет неоднородность материала из-за действия внутренних и внешних факторов, которые в конечном итоге определяют его структурные характеристики.

 В исследовании используется усовершенствованный алгоритм метода множителей переменного направления для систематического получения характеристик и значений корреляции для различных образцов материалов. Благодаря внедрению факторов ограничений и протоколов количественной оценки неопределённости методология эффективно уменьшает количество предварительных предположений, учитывая при этом переменные функциональные связи. Анализ микромеханического моделирования совместно с экспериментальной проверкой, подтверждает техническую осуществимость и инновационное превосходство предлагаемого подхода. Сравнительные оценки в условиях циклического нагружения выявляют критические значения в трёх направлениях: потенциал сопротивления при циклическом нагружении, фрикционное поведение при различных реакциях скорости нагрузки и многопараметрические улучшения физических свойств. Разработанная методика демонстрирует превосходное улучшение характеристик бетона по сравнению с традиционными методами улучшения прочности. Она также эффективно ограничивает расширение повреждений от напряжений и усиливает устойчивость и безопасность фундаментной конструкции в условиях циклического нагружения.

Об авторе

Минг Вен
Факультет архитектурного проектирования, Наньчанский технологический институт
Китай

г. Наньчан, 330044, Китай



Список литературы

1. Zhang L., Wang Y., and Li X. Micromechanical Modeling of Interfacial Friction in Layered Con-crete under Cyclic Loading // Cement and Concrete Research. — 2023 (165), 107089. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2023.107089

2. Johnson A.R., Smith B.E., and Müller H. Cyclic Shear Behavior of Concrete-to-Concrete Interfaces with Surface Roughness Characterization // Con-struction and Building Materials. — 2022 (342), 127831. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.127831

3. Chen G., and Ožbolt J. 3D Mesoscale Simulation of Friction Degradation at Concrete Interfaces un-der Repeated Loading // Engineering Fracture Me-chanics. — 2023 (284), 109245. https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2023.109245

4. Lee S.-H., Park K.-T., and Darwin D. Effects of Nano-Silica on Interfacial Bond Strength in Recy-cled Aggregate Concrete // Materials. — 2022 (15), no. 8, 2876. https://doi.org/10.3390/ma15082876

5. Alberto F. and Carol I. A thermodynamic Frame-work for Cyclic Friction at Concrete Joints // International Journal of Solids and Structures. — 2024 (292), 112667. https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2024.112667

6. Wang J., et al. X-Ray CT-Based Quantification of Interfacial Damage Evolution in Layered Concrete // Cement and Concrete Composites. — 2023 (135), 104833. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2022.104833

7. Brake N.A. and Hrynyk T.D. Experimental Study of High-Cycle Friction Wear at Precast Concrete Interfaces // ACI Materials Journal. — 2022 (119), no. 3, 45—56. https://doi.org/10.14359/51734421

8. Zhang W. and Šavija B. Machine Learning-Assisted Prediction of Interfacial Friction Coeffi-cients in Concrete // Materials & Design. — 2024 (237), 112559. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2024.112559

9. Ibrahim M. and Denarié E. Influence of Curing Conditions on Interfacial Micro-Mechanical Prop-erties // Materials and Structures. — 2023 (56), no. 1, 1—18. https://doi.org/10.1617/s11527-023-02145-5

10. Li H., et al. Mesoscale Modeling of Concrete Inter-face Debonding under Cyclic Shear // Computers & Structures. — 2022 (263), 106738. https://doi.org/10.1016/j.compstruc.2022.106738

11. González L.F. and Meschke G. A Multiscale Mod-el for Fatigue-Induced Roughness Evolution at Concrete Interfaces // International Journal for Numerical Methods in Engineering. — 2023 (124), no. 5, 1123—1145. https://doi.org/10.1002/nme.7153

12. Wu C. and Le J.-L. Statistical Analysis of Interfa-cial Friction Variability in Construction Joints // Journal of Materials in Civil Engineering. — 2024 (36), no. 2, 04024012. https://doi.org/10.1061/JMCEE7.MTENG-16605

13. Petersen D.E., et al. In-situ SEM Observation of Micro-Crack Propagation at Concrete Interfaces // Materials Characterization. — 2023 (195), 112520. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2022.112520

14. Zhao Y. and Kaufmann W. Cyclic Friction-Slip Model for Seismic-Resistant Concrete Joints // Earthquake Engineering & Structural Dynam-ics. — 2022 (51), no. 8, 1942—1960. https://doi.org/10.1002/eqe.3621

15. Kim J. and Reda Taha M.M. Nanoindentation Mapping of Interfacial Transition Zones under Cy-clic Loading // Journal of Nanomechanics and Mi-cromechanics. — 2024 (14), no. 1, 04023025. https://doi.org/10.1061/(ASCE)NM.2153-5477.0000124

16. Xu S., et al. DEM Simulation of Particle-Scale Fric-tion Mechanisms in Concrete Interfaces // Powder Technology. — 2023 (413), 118021. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2022.118021

17. Rossi P. and Toutlemonde F. Fatigue Damage Ac-cumulation at Concrete-Concrete Interfaces: Ex-perimental and Numerical Study // Fatigue & Frac-ture of Engineering Materials & Structures. — 2022 (45), no. 7, 1899—1914. https://doi.org/10.1111/ffe.13692

18. Yang K. and Kaneko T. Laser Profilometry-Based Rough-ness Quantification for Friction Prediction // Construction and Building Materials. — 2024 (411), 134456. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.134456

19. Bian H., and Pellenq R.J.-M. Molecular Dynamics Study of Calcium Silicate Hydrate at Sheared In-terfaces // ACS Applied Materials & Interfaces. — 2023 (15), no. 12, 15872—15883. https://doi.org/10.1021/acsami.2c22841

20. Nogueira C.L. and Sánchez F. Effect of Fiber Re-inforcement on Interfacial Wear Resistance // Composite Structures. — 2022 (301), 116194. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2022.116194

21. Liu R. and Stark A. Digital Image Correlation Analysis of Interfacial Slip Displacement Fields // Experimental Mechanics. — 2025 (65), no. 1, 123—138. https://doi.org/10.1007/s11340-024-01038-y

22. Zhang Q., et al. Interface Shear Strength Prediction Using Acoustic Emission Data // NDT & E Interna-tional. — 2023 (133), 102756. https://doi.org/10.1016/j.ndteint.2022.102756

23. Huang L. and Beushausen H. Humidity Effects on Interfacial Friction Degradation // Materials and Corrosion. — 2024 (75), no. 3, 412—425. https://doi.org/10.1002/maco.202313789

24. Maekawa K. and Ishida T. Multi-Physics Modeling of Corroded Interfaces under Cyclic Slip // Journal of Advanced Concrete Technology. — 2022 (20), no. 4, 215—230. https://doi.org/10.3151/jact.20.215

25. Zhu J. and Bolander J.E. Lattice Discrete Particle Modeling of Interface Wear // Engineering Compu-tations. — 2023 (40), no. 3, 678—694. https://doi.org/10.1108/EC-07-2022-0443

26. Sun Y. and Schlangen E. Self-Healing Microcap-sules for Interfacial Crack Repair // Cement and Concrete Composites. — 2024, no. 138, 104955. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2023.104955

27. Feng D. and Cusatis G. Cohesive Zone Model with Fa-tigue Degradation for Concrete Interfaces // Journal of Engineering Mechanics. — 2022 (148), no. 9, 04022067. https://doi.org/10.1061/(ASCE)EM.1943-7889.0002145

28. Wang X. and van Mier J.G.M. Fractal Analysis of Interface Roughness Evolution // Fractals. — 2023 (31), no. 2, 2350012. https://doi.org/10.1142/S0218348X23500122

29. Cao M. and Li V.C. Strain-Hardening Cementitious Compo-sites for Enhanced Interface Performance // Composites Part B: Engineering, — 2024 no. 271, 111156. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2023.111156

30. Gao P. and Bentz D.P. Microstructural Changes at Stressed In-terfaces Revealed by Synchrotron Radiation // Materials Characterization. — 2022 (184), 111658. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2021.111658


Рецензия

Для цитирования:


Вен М. Микромеханическая модель межфазного трения в бетоне между структурообразующими слоями с учетом влияния циклического нагружения. Трение и и износ. 2025;46(3):250-260. https://doi.org/10.32864/0202-4977-2025-46-3-250-260

For citation:


Wen M. Microscopic Model of Interfacial Friction Properties of Concrete between Building Layers Based on Cyclic Coupling Effect. Title in english. 2025;46(3):250-260. (In Russ.) https://doi.org/10.32864/0202-4977-2025-46-3-250-260

Просмотров: 20

JATS XML

ISSN 0000-0000 (Print)
ISSN 0000-0000 (Online)