细观等效理论预测再生混凝土宏观力学参数北大核心CSCD

预测分析再生混凝土各组分对再生混凝土宏观力学参数的影响是开展再生混凝土基本力学性能的一种方式.为了分析再生混凝土各组分对再生混凝土宏观力学参数的影响,根据再生混凝土的细观结构组成,建立了细观等效模型,利用扭转变形、细观夹杂理论、弹性等效思想和M-T模型方法,推导了由原生骨料、老界面层、老水泥砂浆、新界面层和新水泥砂浆等组成的再生混凝土的宏观力学参数预测模型.预测结果表明,随着再生骨料的取代率增加,水泥砂浆的含量不断增加,再生混凝土孔隙率也随之增大,导致再生混凝土的Poisson比随之增大,弹性模量、剪切模量和体积模量不断降低.模型的预测结果较好地反映了再生混凝土宏观力学参数随再生骨料取代率的增加不断变化的这一趋势,也为再生混凝土宏观力学参数的预测提供了一条简单实用的新方法,有利于再生混凝土基本力学性能的研究分析.     

基于价值工程的再生粗集料多次循环使用评价研究

再生混凝土的多次循环使用配制混凝土可节约资源,保护环境,降低成本.试验以再生粗集料循环利用次数以和取代率为变量配制C15和C30强度等级混凝土,并对其工作性和立方体抗压强度进行了测试,结合价值工程原理对混凝土的价值进行了分析.结果表明,在配合比不强的情况下,混凝土的坍落度和立方体抗压强度随着再生粗集料循环再生利用次数的增加而降低,混凝土的强度等级越低,再生粗集料的循环次数和用量越多,混凝土的成本越低,价值系数越高.     

纤维增强聚合物加固木柱的非线性稳定性分析

考虑加固层中纤维增强聚合物布（FRP布）拉伸与压缩时的不同弹性模量,基于梁大挠度变形假定,首先建立了FRP加固细长木梁大挠度弯曲的一般数学模型,给出了考虑梁弯曲二阶效应的非线性控制方程．其次,研究了FRP布加固细长简支木柱的非线性稳定性问题,得到了FRP加固简支木柱的临界载荷公式．理论证明了其过屈曲解的存在性,并利用摄动法,得到了临界载荷附近过屈曲状态的渐近解析解．进行了参数分析,结果表明:FRP加固层对临界载荷有显著的影响,而对其无量纲过屈曲状态影响较小．     

受损木梁的抗弯加固试验与承载力计算分析

针对雅安地震中大量受损的木结构,统计了木梁的主要损伤情况,研究了受损木梁的抗弯加固试验,分析了裂缝和木结对梁和加固梁在受弯过程中的载荷、位移的影响,建立了加固木梁的极限承载力与梁参数、裂缝形式与分布,以及CFRP(carbon fiber reinforced polymer)加固率影响的理论计算公式。试验结果表明:抗弯加固木梁的整个变形过程符合平截面假定,碳纤维布能有效提高梁极限承载力,提高幅度可达到25.2%;受木结和初始裂缝的影响,随着CFRP加固层数的增加,其承载力提高幅度反而下降;裂缝和木结对木梁极限承载力影响很大,是木梁破坏的主要原因,新裂缝的萌生点位于木节处,木梁破坏的主要位置为木结处。同时,基于最大有效应力建立的木梁承载力计算模型,计算值与试验值符合较好,其误差在8%以内,符合工程计算要求。     

钢管再生混凝土柱承载力计算对比及可靠度分析

基于钢管再生混凝土轴压构件承载力的试验结果与采用各国规程的计算结果的对比分析,从统计意义上表明方钢管再生混凝土构件用DBJ13-51-2003规程的计算结果与试验结果吻合较好,圆钢管再生混凝土构件用DL/T5085-1999规程较好.并利用改进一次二阶矩法(JC法)对钢管再生混凝土轴压构件的极限承载力进行了可靠度分析,分析结果表明:钢管再生混凝土构件承载力的可靠度指标随荷载组合和荷载效应比的变化而变化,随再生混凝土强度等级的提高而增大,钢管壁厚、再生骨料取代率对可靠指标无明显影响.     

HB-FRP加固混凝土结构的粘结滑移统一模型

为了进一步简化HB-FRP(hybrid bonding FRP)加固技术的粘结滑移模型, 并基于先期研究的HB-FRP粘结滑移分区模型开展研究.在假定HB-FRP加固技术的粘结滑移统一模型表达式的基础上,推导了钢扣件部位的粘结应力分布系数.将HB-FRP加固作用分为普通FRP粘结性能和钢扣件产生的粘结性能两部分,依据能量方法,推导了FRP张拉力与滑移量的表达式.基于理论分析和数值求解,研究了界面滑移量的分布特征.基于模型试验测试结果,研究了粘结滑移统一模型中的待定系数表达式.研究结果表明:建立的HB-FRP加固混凝土结构的粘结滑移统一模型能有效预测加固界面的剥离承载力及有效粘结长度.     

正交各向异性圆柱体在轴压作用下的应力场

基于材料体积不可压假设,对轴向压缩作用下圆柱试件在加载面内的环向和径向应力分布进行理论分析,计算结果表明:当试件材料本构为正交各向异性时,环向和径向应力分布为半径的幂函数形式;试件材料为横观各向同性时,环向和径向应力为半径的二次函数.在圆柱试件轴线上环向和径向应力相等,且均具有最大值;试件圆周边界上径向应力为0,环向应力具有极小值.通过最大拉伸应变破坏理论对试件环向应变进行分析,获得了产生环向拉伸破坏时的临界轴向载荷;并采用Hill-蔡强度理论对试件圆周边界上计算得到的应力参量进行描述,得到了轴压作用下圆柱试件的Hill-蔡强度理论表达式,其不仅取决于轴向应力和试件材料的基本力学性能,还与试件轴向变形的应变率及应变率随时间的变化率相关.     

横向剪变形对具有一小圆孔的浅壳应力集中系数的影响

本文导出了分析计及横向剪变形的浅壳小孔应力集中问题的简化方程.对浅球壳和圆柱壳带一小圆孔的情况,获得了方程的级数形式通解.对均匀内压作用下的圆柱壳,求得了小圆孔边上应力集中系数的近似显式解,并计算了数值结果.     

有限变形下的混凝土动态本构关系研究

讨论有限变形和小变形假设下本构关系的区别,并将其运用于混凝土的弹-粘塑性本构关系研究,提出了一个应变率相关的动态力学模型．模型基于Ottosen的4参数屈服准则,分别考虑混凝土在硬化阶段和软化阶段加载面的不同变化规律,建立冲击荷载下的混凝土本构关系．该模型可以应用于冲击载荷下混凝土材料响应的模拟．引进Green-Naghdi客观率建立有限变形的混凝土模型．根据大量实验结果对应变率和材料强度的关系提出合理假设,使模型可以反映混凝土大变形的动态力学行为,为相关工程问题的研究提供有益的思路和有效的工具．     

含孔隙混凝土二维细观建模方法研究

根据混凝土的细观组成和结构特点,对传统二维建模方法加以继承与改进,提出了一种高效的分步入侵判定算法.将孔隙直观地反映在模型中,建立了不同的含孔隙混凝土细观模型.对含圆形、椭圆形、多边形骨料与圆形、椭圆形孔隙的混凝土标准试件分别进行了建模研究,结果表明本文的算法具有较强适用性.同时,通过对不同面积率与多种形状骨料/孔隙混凝土的大量建模进一步验证了该算法的效率.模拟了混凝土试件在单轴压缩下的准静态力学性能,分析了混凝土内部孔隙对其裂纹扩展的主要路径、破坏模式以及宏观力学性能的显著影响.     

不同应变率下PC,ABS和PC/ABS合金拉伸变形行为研究

采用实验方法研究了PC(聚碳酸酯)、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)和PC/ABS合金(PC与ABS共混率为80∶20,60∶40,50∶50和40∶60),在不同应变率条件下的拉伸变形行为.采用MTS-810万能材料试验机和分离式Hopkinson拉杆实验系统分别进行了PC,ABS和PC/ABS合金室温条件下的准静态和冲击拉伸实验,得到了上述材料在不同应变率条件下的真应力-真应变曲线;通过对其变形特点的详细分析,讨论了应变率和ABS含量对拉伸变形的影响,并且给出了10-4s-1～103s-1应变率范围内屈服应力与应变率的线性关系式.     

Prediction of Concrete Meso-Model Stress-Strain Curves Based on GoogLeNet北大核心CSCD

非均质复合材料的宏观力学性能往往取决于细观组分的分布方式和力学性能，但是建立明确的关系表达式极其困难。为了应对这一挑战，以混凝土为研究对象，提出了一种基于深度学习的策略，能够高效、准确地通过细观模型图像信息获取应力-应变曲线。首先，使用基于卷积神经网络（convolutional neural network，CNN）的GoogLeNet模型进行图像信息识别和提取，并针对应力-应变曲线的复杂性特点，进行了数据预处理操作，并且设计了相应的多任务损失函数。数据集中的细观模型图像采用基于Monte-Carlo的随机骨料模型生成，并且使用数值模拟试验获取对应细观模型的单轴压缩应力-应变曲线。最后，通过对神经网络的训练和测试评估了所提出方法的可行性。结果表明，GoogLeNet模型训练效率和预测精度均优于AlexNet和ResNet模型，具有良好的泛化能力和鲁棒性。     

纤维增强地聚物混凝土高温后抗折性能

以粉煤灰为原材料,并在其中掺入了玄武岩纤维短切丝,制备了玄武岩纤维增强地聚物混凝土,测试了其抗压和抗折强度,并研究了高温(400℃,600℃和800℃)作用对其抗折强度的影响,利用扫描电子显微镜对其微观结构进了观察和分析。试验结果表明,掺入玄武岩纤维切丝后,混凝土的抗压强度提高约25%,抗折强度提高超过10%;高温作用后,混凝土的抗折强度显著降低,纤维的增强效果也随着温度的升高明显减弱,在600℃后几乎失去增强效果。显微分析显示,纤维丝的存在能有效限制混凝土砂浆中裂缝的开展;高温后,混凝土内部的骨料强度降低,在加载时多被压碎,因而混凝土的强度具有较大幅度的降低,抵消了纤维的增强效果。     

界面弧形裂纹对混凝土开裂强度的影响研究

混凝土由于水分蒸发、干缩、泌水以及骨料与砂浆变形不一致等原因会导致骨料与砂浆的界面层中产生弧形裂纹,从而对混凝土开裂强度产生很大影响.从细观角度将混凝土视作由粗骨料和水泥砂浆组成的两相复合材料,并将界面层视为粗骨料与水泥砂浆的接触层进行分析.首先基于相互作用直推估计(interaction direct derivative, IDD)法,考虑混凝土中骨料颗粒的相互作用,将施加在混凝土表征体积元的远场外荷载等效为无限大基体中含单一骨料的等效外荷载.然后,将等效外荷载转化为最大和最小主应力,基于断裂力学理论得到界面层中弧形裂纹的应力强度因子,并根据复合型裂纹幂准则判断弧形裂纹是否发生开裂,进而来研究混凝土开裂强度的变化规律.通过与数值模拟结果的比较,验证了界面弧形裂纹应力强度因子解析解的有效性,参数分析结果表明,当裂纹与最大主应力垂直或与最小主应力呈45°夹角时,骨料周围弧形裂纹最易发生开裂破坏.随着裂纹长度增加,混凝土受拉和受压开裂强度先减小后增大,且均存在最不利的裂纹长度.混凝土开裂强度随着骨料体积分数的增加而增大,随着骨料粒径的增大而减小.在裂纹长度较小时,增大骨料的弹性模量有利于提高混凝土开裂强度.骨料周围承受同号应力可以提高混凝土的开裂强度,反之,异号应力会降低开裂强度.     

线性硬化材料中稳恒扩展裂纹尖端场的粘塑性解

采用弹粘塑性力学模型,对线性硬化材料中平面应变扩展裂纹尖端场进行了渐近分析．假设人工粘性系数与等效塑性应变率的幂次成反比,通过量级匹配表明应力和应变均具有幂奇异性,奇异性指数由粘性系数中等效塑性应变率的幂指数唯一确定．通过数值计算讨论了Ⅱ型动态扩展裂纹尖端场的分区构造随各材料参数的变化规律．结果表明裂尖场构造由硬化系数所控制而与粘性系数基本无关．弱硬化材料的二次塑性区可以忽略,而较强硬化材料的二次塑性区和二次弹性区对裂尖场均有重要影响．当裂纹扩展速度趋于零时,动态解趋于相应的准静态解;当硬化系数为零时便退化为HR(Hui-Riedel)解．     

正交试验在聚合物改性水泥砂浆力学性能研究中的应用

通过正交试验研究聚合物改性水泥砂浆的力学性能.考察了水胶比(A)、聚胶比(B)、砂胶比(C)及集灰比(D)四个因素,每个因素四个水平,采用L_(16)(4~5)正交表进行试验安排.研究发现,各因素对不同力学性能指标影响显著程度的排序不尽相同,且重复试验方差分析所对应的因素显著程度高于无重复试验;重复试验的方差分析表明:砂胶比(C)及集灰比(D)是影响抗折强度显著因素;聚胶比(B)及集灰比(D)是影响抗压强度的显著因素.     

一种镍基单晶超合金高温低周疲劳的晶体取向相关性模型

在950℃t对[001]、[012]、[112]、[011]和[114]晶体取向的镍基单晶超合金DD3试样进行了对称循环低周疲劳(ICF)试验。应变率取1.0×10-2,1.33×10-3,0.33×10-3s-1.试验结果表明,LCF特性显着地取决于晶体取向和应变率。试样断口细观分析表明,除了[001]取向试样外,其余所有试样断口上均有明显的等间距疲劳纹。这些疲劳纹由微裂纹组成,其间距取决于试样的晶体取向和总应变范围。基于晶体滑移理论,建立了疲劳纹间距和总分切应变范围及取向和应变率函数的一个简单关系。对Lall-Chin-Pope(LCP)模型进行修正并推广应用于循环塑性和疲劳寿命研究,提出了一个晶体取向和应变率参数,该参数可以很好地描述镍基单晶超合金高温低周疲劳循环塑性和疲劳寿命的晶体取向和应变率相关性。     

晶体硬化系数表示式及材料常数标定

从均匀变形率场中各种取向滑移系硬化的基本特征出发,提出了新的单晶硬化系数表示式,内含12个材料常数,各有明确的物理意义,进而以精确模拟宏观力学性质为目标,利用非线性规划理论建立了一种准确可靠又行之有效的材料常数标定方法,作为例子,使用非线性规划中的改进Ganss-Newton法与梯度法相结合的算法、根据典型单轴拉伸实验曲线确定了铜与铝单晶的材料常数,预测了它们在多种位向上拉伸变形时的应力应变响应,与实验结果吻合良好.     

高温合金GH4169的失效特性及失效模型研究

对GH4169高温合金开展了不同应力三轴度（-0.33~0.33）、不同应变率（0.001~5 000 s-1）、不同温度（293~1 073 K）条件下的材料性能试验.基于Johnson-Cook失效模型的框架,研究了Johnson-Cook(JC)失效模型及已有文献提出的修改形式中应力三轴度项拟合结果的不确定性及应变率对失效应变的线性关系描述局限性问题,通过提出的特定参数确定方法与耦合应力三轴度的应变率效应指数函数,建立了一种唯象修正的失效模型.基于GH4169高温合金的试验结果,标定了修正的失效模型与JC模型中各个参数.结果表明:在不同应力三轴度下,GH4169的失效应变表现出不同的应变率效应;与传统的JC模型相比,修正的失效模型更能够较好地描述GH4169的失效行为;同时能够保证失效应变的非负性.     

单箱双室简支箱梁剪切变形及剪力滞双重效应分析

基于各个翼板选取不同的最大剪切转角差为剪力滞广义位移,应用能量变分原理分别推导出了考虑和不考虑剪切变形时单箱双室截面控制微分方程组,结合边界条件给出了箱梁纵向应力和竖向挠度的初参数解,从力学、数学角度上证实了剪切变形和剪力滞效应是两个相对独立的力学行为,进一步阐述了二者对箱梁的影响,即剪切变形对箱梁截面纵向应力无影响,但是对竖向挠度有很大的影响.数值算例表明,利用该文解和数值解分析跨中截面剪力滞系数横向分布规律,二者吻合程度良好,其横向分布规律与单室箱梁类似,唯独不同之处是边腹板处的剪力滞效应比中腹板处的剪力滞效应略微大一些;挠度计算表明,剪切效应使得该箱梁在集中和均布荷载作用下跨中挠度分别增大4.6%和2.7%.