混凝土压缩性对SHPB试验中惯性效应的影响

惯性效应是造成大尺寸的SHPB试验中混凝土试件应力不均匀和多轴性的主要原因.论文分析了SHPB试验中的惯性效应规律,给出了可考虑混凝土压缩性的改进Gorham惯性效应公式.进一步结合SHPB系统混凝土试验的加载过程,利用改进公式对试验进行了计算分析,与试验比较结果表明:建议的惯性效应改进公式对实际混凝土SHPB试验的考虑更为合理和全面.     

基于SHPB的UHPC冲击试验径向惯性效应分析

为探讨UHPC试件惯性效应对SHPB加载过程的影响,采用大型有限元分析软件LS-DYNA从试件直径、长径比以及恒应变率加载等角度出发,开展了相应的数值模拟与分析。通过对软件中Karagozian-Case-Concrete (KCC)损伤模型参数取值进行优化,建立了基于SHPB技术的UHPC材料冲击压缩数值模型并与试验验证。在此基础上,开展不同UHPC试件直径、长径比以及有无整形器下的参数分析,探讨其对SHPB试验中径向惯性效应的影响。结果表明：(1)为实现加载过程中一维应力传播和UHPC试件应力平衡,试件直径建议按0.90～0.95倍杆件直径取值;(2) UHPC试件长径比对试件加载过程中的应力平衡影响较小,但综合试件中钢纤维分布均匀性以及破坏前一维应力传播,建议按0.35～0.45取值;(3)实现恒应变率加载是UHPC材料在SHPB冲击试验中消除径向惯性效应的重要前提。     

SHPB实验试件横截面积不匹配效应的研究

利用有限元计算和量纲分析的方法,分析了在硬质材料测试中因试件与杆横截面积失配而出现的二维效应,并提出了平面二维效应和凹面二维效应的概念。分析结果表明,平面二维效应的影响可忽略不计,而凹面二维效应的影响是最主要的。研究结果对试件与杆横截面积失配情况下的SHPB实验有一定的指导意义。     

SHPB实验中端面摩擦效应研究

选取硅橡胶、聚氨酯泡沫、Comp.B炸药、PBX-HMX(97%)炸药以及6061-T6铝合金五种材料试样,对分离式霍普金森压杆（SHPB）实验技术中的端面摩擦效应进行了研究。实验结果表明,SHPB实验技术中的端面摩擦效应与材料的性质相关。另外,基于各向同性弹性理论,运用能量守恒法对SHPB实验中的端面摩擦效应进行了机理分析,研究表明,材料泊松比、端面摩擦系数、试样长径比、轴向应变是SHPB实验中影响端面摩擦效应的四个因素。     

塑料SHPB实验中的端面摩擦效应

基于H.Meng的动摩擦实验结果,建立了一个端面动摩擦模型,以描述端面动摩擦因数随SHPB塑料试样与钢压杆接触界面间最大径向相对滑动速度的关系。在SHPB实验的数值模拟中,分别考虑了该端面动摩擦模型和以往被广泛采用的常摩擦因数模型,结果发现,选取不同的端面摩擦模型不影响通过塑料SHPB实验的数值模拟获得的转折应变率(量级为102s-1),然而当应变率超出转折应变率以上时,不同的端面摩擦模型会对塑料SHPB实验的数值模拟结果产生显著影响,使用提出的端面动摩擦模型可得到更准确的塑料SHPB实验的数值模拟结果。     

SHPB帽形试样尺寸效应研究

利用ANSYS/LS-DYNA软件开展不同尺寸帽形试样的SHPB数值模拟,研究帽形试样的尺寸效应。结果表明,当帽形试样剪切变形区域宽度大于0.2 mm时,根据经典公式处理得到的应力值将随t的增大而显著增大, 严重偏离理论值,当t=1.0 mm时,计算得到的应力值甚至接近理论值的2倍。采用分体模型进行的进一步计算表明,数据处理结果中应力偏差主要来源于帽形试样中环状部位的膨胀变形。提出改进的数据处理方法,并采用圆柱样与几种不同尺寸帽形试样开展了验证实验,结果与计算结果基本一致。     

SHPB系统试件恒应变率加载实验方法研究

为了获得材料准确的动态力学性能参数,提出了两种对试件实现恒应变率加载的实验方法:双试件SHPB方法和将圆柱形子弹改变成柱锥形子弹的SHPB方法。对三种金属材料进行了实验,并用数值模拟的手段对这两种方法进行了验证和比较。     

弹性SHPB试件内部纵向应力波传播及所产生的横向约束应力

采用考虑横向惯性效应的Rayleigh-Love杆理论分析了一个弹性试件在分离式霍普金森压杆(SHPB)加载过程中的内部弹性波传播过程,运用Laplace变换和反变换方法,得到了试件内部各点的变形、速度、应变和应力解析解.通过数值计算,得到梯形入射波加载情况下,纵向应力在试件内部的连续变化过程,以及波传播所伴随的横向附加应力.计算表明：在试件/入射杆界面附近,初次加载所产生的横向附加应力最大,可达入射波平台的12%;在大部分试件区域,纵向应力波传播将造成入射波平台4%～6%的横向附加应力;材料的泊松比越大,或者杆/试件声阻抗比越小,所伴随的横向附加应力越大;梯形波的上升时间和试件长径比对横向附加应力影响不大.     

混凝土损伤与试件尺寸效应

本文在运用概率方法确定了混凝土材料的初始损伤门槛值εＤ的前提下采用已有内时损伤本构模型,利用有限元方法对单边切口混凝土梁在三点弯曲荷载和四点剪切荷载作用下的力学行为进行了分析,计算了所有试件 的极限荷载Ｐｍａｘ,运用计算结果对混凝土断裂力学参数的尺寸效应规律进行了分析,并与已有试验结果进行了比较,其结果表明本文的数值分析怀华权及其它方法的分析结果吻合较好。     

SHPB试验中岩石试件的端面不平行修正

为研究短圆柱体岩石试件端面不平行对岩石动力学特性测试结果的影响,采用有限元分析软件LS-DYNA对9种端面不平行度和5种杨氏模量的岩石试件开展SHPB(split Hopkinson pressure bar)试验数值模拟,对岩石选用HJC(Holmquist-Johnson-Cook)本构模型。数值模拟结果表明,当端面不平行度在0.40%以内时,端面不平行对动态应力测试结果的影响可忽略不计;但对动态应变测试结果的影响较大。当杨氏模量一定时,平均应变率测试误差和峰值应变测试误差随端面不平行度增大呈线性增大;当端面不平行度一定时,平均应变率测试误差和峰值应变测试误差随杨氏模量增大也呈线性增大。对数值模拟得到的平均应变率测试误差和峰值应变测试误差实施二元线性回归分析,提出了SHPB试验中端面不平行岩石试件平均应变率和峰值应变的修正公式。     

EAPPROXIMATE INERTIAL MANIFOLDS FOR THE SYSTEM OF THE J-J EQUATIONS

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岩石隧道围岩变形时空效应分析

岩石隧道围岩变形具有时空效应特征。根据围岩变形速率,岩石隧道围岩变形一般可划分为3个阶段,即急剧变形阶段、稳定变形阶段和流变阶段。通过总结分析围岩变形3阶段的特点,结合中梁山隧道D-5H量测剖面的实测数据,对围岩变形的空间效应和时间效应进行了分析。空间效应集中发生在急剧变形段,空间效应段主要靠围岩自身以及初次支护克服围岩发生破坏变形,时间效应则主要体现在流变段。以华蓥山隧道等76个隧道实例为统计样本,分别对围岩变形时空效应与围岩类别和塌方事故的关系进行了相关性分析。结果表明:80％以上的塌方发生于急剧变形段,13％发生在稳定变形段,只有7％左右的塌方发生在流变段。其中Ⅳ类和Ⅴ类围岩在3个阶段都可能发生塌方,Ⅲ类围岩则很少在流变段发生塌方。Ⅰ类和Ⅱ类围岩则基本不会发生较大规模的塌方。对深入了解隧道围岩的变形规律,为隧道灾害防治、选择恰当的支护时机和支护方式很有意义。     

A STUDY ON THE EFFECT OF RADIAL INERTIA ON THE ELASTO-PLASTIC COMBINED STRESS WAVE PROPAGATION IN THIN-WALLED TUBES

An in-depth analysis of propagation characteristics of elasto-plastic combined stress waves in circular thin-walled tubes has been made. In obtaining the simple-wave solution, however, most researches have ignored the influence of the circumferential stress related to the radial inertial effect in the tubes. In this paper the incremental elasto-plastic constitutive relations which are convenient for dynamic numerical analysis are adopted, and the finite-difference method is used to study the evolution and propagation of elasto-plastic combined stress waves in a thin-walled tube with the radial inertial effect of the tube considered. The calculation results are compared with those obtained when the radial inertial effect is not considered. The calculation results show that the radial inertial effect of a tube has a fairly great influence on the propagation of elasto-plastic combined stress waves. Project supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 19572064) and the National Defence Preresearch Foundation (No. 96J11. 4. 4. 0102).     

模糊分布参数条件下结构系统的近似效应分析

针对结构系统中随机变量的分布参数具有不确定性的问题, 采用模糊数来描述分布参数的主观不确定性, 并且利用隶属度来衡量主观不确定性的大小. 在不同隶属度水平下, 分别建立了输出响应和失效概率的主效应和总效应模型, 研究了两种模型和隶属度水平之间的关系, 并且给出分布参数不确定性的平均效应指标. 针对所提指标计算量大的问题, 通过对输出响应的各阶矩进行一阶泰勒展开, 建立了两种指标的计算方法. 算例结果验证了所提指标的合理性和所提方法的高效性.     

陶瓷材料相变增韧尺寸效应的力学分析

利用计及相剪切效应的陶瓷材料本构关系和裂尖场的双参数表达式对平面应变Ⅰ型裂纹定常扩展过程进行渐近分布。基于渐近场和能量积分，得到韧性增值的估算公式，并且根据数值结果和实验现象进一步讨论相变剪切塑性和应力非奇异顶的影响。     

热套轮盘对轴段弯曲刚度的影响系数计算

本文分析了热套轮盘对轴段弯曲刚度的影响，首次提出了影响系数的计算公式，计算结果与实验数据符合得较好，趋势一致。     

热环境中功能梯度圆柱薄壳分岔屈曲的边界约束效应

基于前屈曲一致理论,研究了热环境中受轴压功能梯度圆柱薄壳分岔屈曲的边界约束效应问题.导出前屈曲变形的解析解,结合分离变量法与有限差分法求解分岔屈曲控制方程,由此导出确定临界轴压的非线性特征值问题.考虑材料热物性质与温度的相关性,分别就两端简支和两端固支边界条件,分析了温度梯度、初始几何缺陷、组分材料体积分数对分岔屈曲临界荷载的影响.结果表明:相比两端简支的情形,两端固支功能梯度圆柱薄壳分岔屈曲的温度敏感性与缺陷敏感性更加明显,但随着温度梯度的增加而有所降低,组分材料的体积分数指数对简支和固支时的缺陷敏感度影响很小,功能梯度圆柱薄壳的边界约束效应随着缺陷幅值增大而减弱.     

岩样单轴压缩变形破坏与能量特征研究

基于在伺服试验机上得到的同直径不同长度大理岩样的单轴压缩试验结果,研究了尺寸对岩石变形破坏与能量特征的影响规律.结果表明,岩石长度对峰值应力前的轴向变形特性没有显著影响,但明显改变峰后的轴向变形特性;岩样长度对峰后塑性变形特性影响不大;直径一定时随着长度的增大,岩样破裂形式由竖向劈裂变为剪切破坏.随着长径比的增加,岩石破坏应变能呈幂律衰减趋势,且当长径比增加至2以后,便基本趋于恒定,不再明显减小;而岩石破坏能呈先减小后增大的非线性变化趋势.     

局部轴压下圆柱壳的失稳分析

本文用传递矩阵法在初始缺陷法的概念下对圆柱壳的一端有四个类似集中力的局部轴压作用下的失稳问题进行了研究。     

元件与模式相对重要度对静强度可靠度的影响分析

本文通过研究指出,在运用增量载荷法寻找每级可能破坏元件时,必须考虑每个元件变异系数的影响,以避免漏掉极限承载能力很大但可靠度很低的失效模式;同时指出,结构失效的各个模式对系统可靠性的影响不仅与其本身发生失效的概率有关,而且与这个模式的重要程度有关,并提出了采用加权系数来计及每个失效模式的重要程度对结构系统可靠性影响的方法;最后用算例说明了本文方法的合理性。