近期，国际复合材料顶级期刊《Composites Part B: Engineering》（SCI影响因子：7.635）连续发表了我校民航学院土木与机场工程系“先进土木工程材料与结构”课题组关于珊瑚混凝土细观力学性能的最新研究进展“3D mesoscopic investigation of the specimen aspect-ratio effect on the compressive behavior of coral aggregate concrete”和“Coupling effect of strain rate and specimen size on the compressive properties of coral aggregate concrete: A 3D mesoscopic study”。民航学院博士研究生吴彰钰为论文第一作者，东南大学土木工程学院张锦华教授和我校民航学院博士生导师余红发教授为论文通讯作者，麻海燕讲师为第四作者。该系列论文成果由我校与东南大学联合完成，南京航空航天大学为第一署名单位。

 我国南海岛礁远离祖国大陆，砂石与淡水资源匮乏，为了降低造价、保证工期和解决原材料来源等问题，在不破坏岛礁生态环境的前提下，就地取材，采用珊瑚礁砂作粗细骨料，海水拌合和养护方法制备的珊瑚混凝土，已逐步应用于港口、堤坝、机场与道路等岛礁工程建设中，具有重要的国防意义和工程应用价值。迄今为止，课题组及国内其他科研院所开展了包括珊瑚混凝土配合比设计、制备技术、基本力学性能、结构耐久性及寿命设计等方面的系统性研究工作，但对不同荷载作用下珊瑚混凝土力学行为及损伤破坏机理有必要开展进一步的研究工作。

 在细观层次上，混凝土通常被假定为一种由粗骨料、砂浆及二者之间的界面粘结区域组成的复合材料，细观各组分的力学性质直接或间接地决定了混凝土材料的宏观力学性质和破坏模式，深入研究混凝土细观结构特点及其力学性能，建立细观结构和宏观力学性能之间的关系，是混凝土力学性质的重要研究内容之一。随着计算机技术的发展，细观数值模拟已成为研究混凝土力学性能的有效方法之一。鉴于此，本研究尝试采用细观力学的方法来对珊瑚混凝土的静、动态力学性能进行研究。

 在项目研究中，课题组提出了一种可以有效表征珊瑚混凝土空间随机特性的三维随机细观模型。首先根据随机骨料生成算法，基于空间八面体骨料基体，采用形状控制技术和向量法判则，建立不同形状的三维多面体骨料模型，以此来真实模拟珊瑚混凝土中具有随机形状和随机尺寸特征的棱角尖锐的珊瑚骨料；然后，按照随机排列原则、空间三维随机投放分布准则及多面体骨料空间随机旋转/平移算法，生成不同级配、不同骨料体积分数的骨料空间随机分布几何模型；最后，采用映射网格方法和材料属性判定算法，根据不同单元的材料属性，依次确定砂浆单元、骨料单元与界面粘结单元，最终得到珊瑚混凝土的三维有限元模型。

 基于所建立的三维随机细观模型及已有珊瑚混凝土的力学性能试验参数，从细观层次研究了试件高径比、试件体积、应变率等因素对珊瑚混凝土的静、动态抗压行为的影响规律，通过对珊瑚混凝土的开裂过程和破坏形态进行数值分析，得到了静、动态荷载作用下珊瑚混凝土的破坏模式及失效机理。研究发现，基于三维随机细观模型所得到的数值结果与既有试验数据之间具有较高的吻合度，说明本文所提出的三维随机细观模型及相应的珊瑚混凝土细观模型参数，在研究珊瑚混凝土的静、动态抗压行为方面具有较高的可靠性。该研究成果旨在深入揭示珊瑚混凝土材料的力学行为及损伤破坏机理，同时为不同荷载作用下珊瑚混凝土或其他混凝土类材料的力学性能分析研究提供新思路。

 上述研究成果由我院土木与机场工程系余红发教授和麻海燕讲师主持的有关珊瑚混凝土方向的4项国家自然科学基金项目（52078250、51878350、51678304和51508272）联合资助。

论文链接：（1）https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2020.108025

        （2）https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2020.108299