超材料混凝土的带隙特征及对冲击波的衰减效应

借鉴超材料的研究思路，在混凝土中引入谐振骨料，设计出具有消波特性的超材料混凝土。首先，通过结构动力学方法计算超材料混凝土的有效质量，从而建立了超材料混凝土带隙起始频率及截止频率的简化模型，并给出了带隙起始频率及截止频率的理论表达式。然后，分析了涂层弹性模量、芯柱密度、基体密度、骨料体积占比和芯柱边长与软涂层厚度比对超材料混凝土带隙特征的影响。最后，采用数值模拟的方法，对比了超材料混凝土和普通混凝土对冲击波的衰减效应。研究结果表明:(1)低弹性模量涂层能够形成低频带隙，但带隙宽度较窄，而高弹性模量涂层能够形成较宽的带隙，但带隙起始频率较高；(2)通过选择高密度芯柱材料和低密度基体材料，可以得到低频、宽带隙特征；(3)通过增大骨料体积占比和芯柱边长与软涂层厚度比可以实现扩宽带隙的目的；(4)与普通混凝土相比，超材料混凝土对冲击波具有更好的衰减作用。     

半球壳准静态压缩下的变形行为研究

采用顶点及平板下压加载的加载方式对半球壳的准静态压缩进行了实验研究,获得了半球壳的变形模态及力-位移曲线。通过准静态压缩实验观察在不同加载方式下球壳变形模式随压缩深度的变化,发现半球壳出现了轴对称和非轴对称变形形式。利用ABAQUS有限元软件对球壳准静态压缩过程进行数值模拟,分析加载方式与球壳尺寸等对变形行为的影响。结果表明:球壳在压缩下的变形可分为加载点附近局部压平、轴对称凹陷以及形成非对称多边形3个阶段。其中,在压平向凹陷转变时,小截面平头加载的接触力-位移曲线产生了突跳现象,但在半球头与平板加载时未出现,且凹陷之后,半球头加载下接触力的增加速率减小,而平板加载下接触力的增加速率几乎保持不变。壳的径厚比越大,后期的变形程度越复杂;径厚比越小,由压平到凹陷转变时的临界荷载越大,球壳承载力越大。计算表明,在本研究范围内球壳凹陷前后接触力的大小以及增加速率只与厚度有关,而与半径的相关性则较小。