钢筋与混凝土粘结本构关系数值模拟

钢筋与混凝土间的粘结本构关系是混凝土结构弹性有限元分析的基础之一.针对这一基本问题,本文提出了通过数值模拟方法研究粘结本构关系的思路.采用不连续介质力学问题的界面元法,编制了在维问题的界面元分析程序,用以对混凝土结构中钢筋与混凝土界面的粘结性能进行细观力学分析.通过对两类测量粘结应力及滑移的典型试件(单端拉拔试件和两端对拉试件)的分析,表明计算结果与试验结果吻合良好.     

钢筋与混凝土粘结本构关系的数值模拟

钢筋与混凝土间的粘结本构关系是混凝土结构弹塑性有限元分析的基础之一。针对这一基本问题，本文提出了通过数值模拟方法研究粘结本构关系的思路。采用不连续介质力学问题的界面元法，编制了三维问题的界面元分析程序，用以对混凝土结构中钢筋与混凝土界面的粘结性能进行细观力学分析。通过对两类测量粘结应力以及滑移的典型试件(单端拉拔试件和两端对拉试件)的分析，表明计算结果与试验结果吻合良好。     

碳纤维混凝土受弯断面的数字重构与断裂能计算

断裂能是定量表征混凝土断裂韧性的重要指标,但其实验结果显著依赖于混凝土试件断面面积评价方法的有效性和准确性。因测定困难,通常情况下只能由截面面积代替,造成断裂能计算结果存在较大误差。本文以碳纤维混凝土为研究对象,采用数字处理技术对混凝土断面形貌进行量化分析、重构,结合分形计算方法得到混凝土的真实断面面积,并将其用于碳纤维混凝土的断裂能计算,分析讨论了纤维掺量和长度对混凝土断裂能的影响规律。实验结果表明:碳纤维的引入显著提高了混凝土断面的粗糙度,表现为断裂面分形维度的明显提高,实际断面面积随之增大,以此为依据计算出的混凝土断裂能及其增益比随碳纤维掺量和长度的变化规律与韧度系数测试数据(按ASTM C1018)的一致性良好。     

型钢轻骨料混凝土粘结滑移本构关系研究

本文研究了型钢与轻骨料混凝土的局部粘结滑移本构关系. 在型钢表面刻槽贴应变片,并在与型钢应变片对应位置的混凝土表面贴应变片,由试验结果和分析：得到了型钢表面粘结应力沿锚固长度的负指数分布函数;绘制了局部滑移分布曲线;给出了加载端局部粘结滑移本构关系. 局部最大粘结应力主要与混凝土强度、配箍率、混凝土相对保护层厚度有关. 引入粘结滑移本构关系的型钢轻骨料混凝土梁有限元分析结果和试验结果吻合较好.     

混凝土HJC本构模型参数的研究

运用非线性有限元动力分析软件LS-DYNA模拟了混凝土SHPB试验.将试验采集的入射波数据作为压杆的端面载荷,模拟条件尽量符合试验条件,确保模拟精度.将数值模拟与试验结果相结合,研究了混凝土HJC模型参数的确定方法,得到了C60混凝土的相关计算参数,模拟结果得到的应力-应变曲线与不同应变率下混凝土SHPB试验应力-应变曲线吻合较好.分析了HJC模型的本构特性,比较了与金属JC模型的差异与共性,讨论了HJC模型存在的问题.研究结果表明,未考虑混凝土弹性响应的应变率效应,横向效应的影响与采用的失效方式密切相关.     

围压状态下的混凝土本构模型

利用已有不同围压下的混凝土三向压缩试验, 分析研究不同围压条件对混凝土强度和应力-应变关系的影响。试验表明, 把混凝土简单视为脆性材料的观点并不符合实际情况, 塑性特征也是混凝土材料主要力学特征。由热力学定律出发, 本文提出了多次方形式的屈服函数和与围压状态相关联的损伤标准化函数, 提出了考虑围压状态的混凝土本构模型。试验结果与数值计算比较表明, 该本构关系可以很好地描述混凝土在不同围压状态下的力学损伤发展和脆-塑性转换力学特征, 也可以描述拉伸作用下的应力-应变关系, 具有一定的普遍意义。     

基于OTTOSEN准则的混凝土粘塑性力学模型

研究了混凝土的弹．粘塑性动态本构关系,提出一个应变率相关的非线性混凝土模型．模型改进Bicanic的混凝土塑性间断面变化规律和Ottosen的四参数屈服准则,建立冲击荷载下的混凝土本构方程,可以应用于地震和爆炸作用下混凝土材料响应的研究．根据混凝土动态实验结果对应变率和材料强度的关系提出合理假设,考虑以往被忽略的材料峰值应变和泊松比随应变率的变化．模型包含静水压力参数和动态塑性损伤因子,可以有效地反映混凝土的动态力学行为,为其动态问题的研究提供有益的思路和有效的工具．     

基于砼SHPB试验数值分析的HJC模型参数研究

为了研究混凝土HJC本构模型的参数取值及其参数对混凝土动态性能的影响,本文基于HJC模型原始参数,运用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对混凝土SHPB试验进行了数值模拟,结果显示数值计算结果与试验结果存在一定的差异。据此根据模型中参数的物理意义确定出可能影响混凝土动态性能的关键参数,通过保持其他参数不变、改变关键参数的方法对混凝土SHPB试验进行数值分析,得到了各关键参数对混凝土动态性能的影响规律,并基于该分析结果对HJC模型的原始参数进行了修正。数值模拟结果表明,采用本文修正参数的计算结果与试验结果吻合良好,能较准确地反映混凝土的动态性能。     

弹丸低速垂直侵彻无钢筋混凝土的实验研究

提出了一种在钢弹侵彻素混凝土的全尺寸试验中测量弹丸减速度时间曲线的测试方法,该方法通过安装在弹丸上的加速度传感器测量弹丸减速度并把数据同步传递给地面记录系统。用这种测试方法,在空气炮上进行了一系列半球形头部钢弹以１５０ ～４００ｍ／ｓ 速度垂直侵彻素混凝土目标的试验,成功地测量了弹丸的减速度时间历程曲线。对减速度曲线中的高频成分进行了分析,第一次用试验证实了高频成分可能是弹体结构响应的推测。并对减速度曲线的一些特性进行了讨论。     

再生碎石混凝土力学性能试验研究

针对再生粗骨料为碎石的再生混凝土,设计了99个试件,分别进行立方体抗压强度、棱柱体抗压强度、抗折强度、弹性模量和泊松比等力学性能的试验。本文研究了再生混凝土的强度指标、变形性能、损伤过程、能量耗散等特征,分析了骨料取代率对其各性能指标的影响;基于试验数据,得出各强度性能指标的换算关系;分别采用分段式本构关系模型和损伤本构关系模型对再生混凝土的应力-应变本构关系进行研究,并提出相应的本构方程。研究结果表明:与天然骨料混凝土相比,再生混凝土的各项强度指标均略为增大,但变形性能和耗能性能降低,应力-应变全曲线下降段更为陡峭;随着取代率的增大,弹性模量呈先减小后增大的变化趋势,泊松比无明显变化,与天然混凝土接近;其损伤发展过程加快,应变在ε=(3~5)×10-3时最为迅速。分段式本构方程和损伤本构方程的计算结果与试验值均能较好地吻合。     

A method to discretize non‐planar fractures for 3D subsurface flow and transport simulations

A method is presented to discretize inclined non‐planar 2D fractures within a 3D finite element grid for subsurface flow and transport simulations. Each 2D fracture is represented as a triangulated surface. Each triangle is then discretized by 2D fracture elements that can be horizontal, vertical or inclined and that can be triangular or rectangular. The 3D grid representing a porous rock formation consists of hexahedra and can be irregular to allow grid refinement. An inclined fracture was discretized by (a) inclined triangles and (b) orthogonal rectangles and flow/transport simulations were run to compare the results. The comparison showed that (i) inclined fracture elements must be used to simulate 2D transient flow, (ii) results of 2D/3D steady‐state and 3D transient flow simulations are identical for both discretization methods, (iii) inclined fracture elements must be used to simulate 2D/3D transport because orthogonal fracture elements significantly underestimate concentrations, and (iv) orthogonal elements can be used to simulate 2D/3D transport if fracture permeability is corrected and multiplied by the ratio of fracture surface areas (orthogonal to inclined). Groundwater flow at a potential site for long‐term disposal of spent nuclear fuel was simulated where a complex 3D fracture network was discretized with this technique. The large‐scale simulation demonstrates that the proposed discretization procedure offers new possibilities to simulate flow and transport in complex 3D fracture networks. The new procedure has the further advantage that the same grid can be used for different realizations of a fracture network model with no need to regenerate the grid. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

高强钢及软钢断裂失效行为表征与仿真预测

针对汽车碰撞、结构强度等分析中无法准确模拟高强钢及软钢的断裂失效,研究了高强钢及软钢的断裂失效特性以及其仿真预测方法．以宝钢高强钢HC340/590DP及软钢DC05为研究对象,首先通过不同应变率的拉伸试验和不同应力状态的断裂失效试验,来表征两种钢材的弹塑性及断裂失效行为．并从试验数据中得到LS-DYNA中的Damage Initiation and Evolution Criteria (DIEC)失效模型所需参数,建立失效模型,通过子系统试验及仿真计算对DIEC失效模型进行验证．结果表明基于准确的材料试验数据,正向建立的DIEC失效模型可以准确预测HC340/590D及DC05的断裂失效行为．本研究方法可推广到其他高强钢和软钢的断裂失效仿真预测中．     

Free Surface Fracture in Three Upsetting Tests

The results of three different upsetting tests on steel C1530 are presented. The die design is shown to have a marked effect on free surface fracture. A popular empirical ductile fracture criterion (Oyane's criterion) is assessed by means of the experimental data obtained and by a theoretical approach for determining the workability diagram from free surface fracture data. It is shown that the criterion is not appropriate for the material investigated. The range of free surface conditions where experimental fracture data are required for formulating an accurate fracture criterion is specified and a number of tests to create such conditions is proposed.     

In situ 3D Synchrotron Laminography Assessment of Edge Fracture in Dual-Phase Steels: Quantitative and Numerical Analysis

The mechanical performance of automotive structures made of advanced high strength steels (AHSS) is often seen reduced by the presence of cut edges. An attempt is made to assess and quantify the initial damage state and the damage evolution during mechanical testing of a punched edge and a machined edge via a recently developed 3D imaging technique called synchrotron radiation computed laminography. This technique allows us to observe damage in regions of interest in thin sheet-like objects at micrometer resolution. In terms of new experimental mechanics, steel sheets having sizes and mechanical boundary conditions of engineering relevance can be tested for the first time with in situ 3D damage observation and quantification. It is found for the investigated DP600 steel that the fracture zone of the punched edge is rough and that needle-shape voids at the surface and in the bulk follow ferrite-martensite flow lines. During mechanical in situ testing the needle voids grow from the fracture zone surface and coalesce with the sheared zone. In contrast, during in situ mechanical testing of a machined edge the damage starts away from the edge (～800μm) where substantial necking has occurred. Three-dimensional image analysis was performed to quantify the initial damage and its evolution. These data can be used as input and validation data for micromechanical damage models. To interpret the experimental findings in terms of mechanical fields, combined surface digital image correlation and 3D finite element analysis were carried out using an elasto-plastic constitutive law of the investigated DP steel. The stress triaxiality and the accumulated plastic strain were calculated in order to understand the influence of the edge profile and the hardening of the cutting-affected zone on the mechanical fields.     

PBX炸药的拉伸断裂损伤分析

采用巴西实验作为间接拉伸加载手段,研究了某PBX(polymer-bonded explosive)炸药试样拉伸作用下的断裂损伤特性.发展了PBX炸药的光学制备技术,获得了试样在光学显微镜下的细观表面形貌和断裂损伤形貌,结合高速摄影和数字相关分析技术获得了试样的形变和破坏过程.实验结果表明该PBX炸药的静态拉伸强度低于...     

Fracture of Plates with an Inclined Edge Crack under Tension

The paper discusses experimental results on tension fracture of D16AT plates with an inclined crack with and without local buckling. The influence of crack geometry (initial length and crack angle) on fracture kinetics and strength of the plates is studied. Also the effect of local buckling on the fracture characteristics is evaluated     

三维编织CMC断裂韧性表征形式的试验研究

在试验的基础上 ,发现三维编织陶瓷基复合材料断裂试件的裂纹扩展沿着编织角方向进行 ,表现出一种非自相似的裂纹扩展模式 ,表明三维编织CMC的断裂是复合型断裂。利用材料的载荷 -位移曲线和声发射技术 ,分析了三维编织CMC在外载荷作用下的损伤行为和断裂机理 ,并且根据不同的外载荷类型 ,将三维编织CMC的断裂韧性表征分别界定在线弹性和弹塑性的两个领域里 ,初步确定三维编织CMC的断裂韧性表征形式     

混凝土断裂能测试方法研究

基于局部断裂能分布的双直线模型,推导出混凝土真实断裂能和受尺寸影响的断裂能的计算公式;并进一步通过分析四组不同尺寸试件的楔形劈裂试验数据,得出了不受尺寸影响的混凝土真实断裂能.本文为确定混凝土的断裂能提供了一种实践可行的测试方法.通过实验数据拟合,给出了断裂能非均匀分布的外部区域长度与试件尺寸的关系表达式.这对于在规范中规定测试断裂能的标准尺寸试件是有意义的.