多尺度压缩行为与自修复聚氨酯灌浆材料的本构建模：密度和尺寸的协同效应

《Advanced Composites and Hybrid Materials》：Multiscale compressive behavior and constitutive modeling of self-skinning polyurethane grouting materials: synergistic effects of density and dimensional

　　

摘要

在非开挖基础设施修复中，自成皮聚氨酯灌浆材料（SSPUGMs）被设计用来满足基础设施内部不同的强度要求和缺陷尺寸需求。然而，试样尺寸参数与材料表面完整性对其压缩性能的协同影响——尤其是在本构模型方面——仍知之甚少。本研究通过结合宏观-微观实验表征、分子动力学模拟以及考虑密度差异和尺寸效应的理论分析，采用多尺度方法研究了SSPUGMs的压缩性能、失效机制和损伤本构模型。结果表明，宏观压缩失效模式包括核心破碎、表面破裂、结构坍塌和贯穿裂纹。在微观尺度上，失效区域的细胞断裂率接近100%。压缩变形会引发纳米空洞的形成，并增强SSPUGMs基体内部的链间滑动。材料的弹性、屈服和失效阶段主要受密度和直径与高度比（范围为0.5至2.0）的影响，而试样尺寸的影响可以忽略不计。为了定量描述这些应力-应变关系，研究人员开发了一种分段本构模型，并结合密度和尺寸因素提出了一个简化模型，用于实际工程应用，其预测误差平均低于实验数据的11%。这项工作为SSPUGMs在工程中的应用提供了宝贵的见解。