作为一种典型的非均质多相复合材料,混凝土在细观尺度下可以看作由粗骨料、水泥砂浆和两者之间的界面过渡区组成。采用三维实体模型对混凝土的失效破坏机理进行研究具有重要的理论和实践意义。本文采用椭球和凸多面体两种形状,建立了界面过渡区非一致性混凝土三维多相细观模型,研究了混凝土单轴拉伸试件在外荷载作用下的失效破坏路径和机理,在此基础上探讨了细观结构特征对混凝土宏观力学性能的影响,使用三维模型模拟了混凝土三点弯曲梁损伤演化直至断裂失效的全过程。利用Python语言和ABAQUS通用有限元软件实现模型的自动建立过程。本文的主要研究工作有:1.给出了球形骨料和椭球骨料的随机生成算法。借助空间椭球体的二次型矩阵,研究了椭球骨料的精确相离判定方法。在球形骨料的基础上生成凸多面体骨料。所生成的骨料均匀密实,满足骨料在空间随机分布的特点。2.建立了混凝土三维多相细观模型,该模型考虑了界面过渡区的非一致性特征。设置内外网格过渡面,使得界面过渡区的网格和骨料、砂浆的网格形成平滑的过渡,在保证计算精度的同时有效降低了单元数量,提高了计算效率。与试验数据进行对比,验证了模型的有效性。3.研究了混凝土单轴拉伸试件的失效破坏过程。从断裂失效方向、损伤演化路径、宏细观分析一致性等多个角度,探讨了使用三维方法分析混凝土失效破坏问题的优势和意义。将椭球骨料模型和凸多面体骨料模型的失效破坏路径和损伤程度进行比较,得出凸多面体骨料的开裂点在其尖端,加载位移相同时,凸多面体骨料模型的损伤程度更轻。4.探究了单轴拉伸工况下细观结构特征对混凝土宏观力学性能的影响,结果表明:骨料空间分布对混凝土的失效破坏形态和开裂位置有较大影响;砂浆强度越高,界面过渡区厚度越小、强度越高,则模型的整体强度越高;砂浆强度对混凝土强度起主导作用。5.模拟了混凝土三点弯曲梁试件从损伤产生到裂纹萌生、扩展直至失效破坏的全过程。试件内部的细观损伤演化路径与试件外侧的宏观损伤断裂路径形成对照,反映出细观与宏观分析结果的一致性;三维模型的断裂面是由各剖面断裂带相融合而形成的一个近似平面的曲面,这与实际更加相符。综上,本文基于三维多相细观模型的混凝土失效破坏过程的数值模拟,对揭示混凝土失效破坏机理的研究具有较好的理论意义。