混凝土材料冲击特性的研究

基于混凝土材料强冲击加载下的试验研究,提出了两种损伤型动态本构模型： 损伤型黏弹性本构模型和损伤与塑性耦合的本构模型. 通过模型计算结果与冲击试验结果的 比较可发现,随着冲击速度的提高,混凝土材料内部产生了显著的塑性变形,由此 损伤型黏弹性本构模型的应用就存在一些不足. 而损伤与塑性耦合的本构模型由于考虑了裂 纹扩展引起的材料强度和刚度的弱化,以及微空洞缺陷塌陷引起的塑性变形,因而能更好地 用于模拟强冲击载荷作用下混凝土材料的冲击响应特性.     

强冲击荷载作用下混凝土材料动态本构模型

基于混凝土强冲击荷载作用下的实验研究,以修正Ottosen四参数破坏准则为流动法则,引入损伤,构造了一个塑性与损伤相耦合的动态本构模型用于描述混凝土材料的冲击特性.在该模型中,考虑了引起混凝土材料弱化的两种不同的损伤机制:拉伸损伤和压缩损伤.其中,拉伸损伤是由微裂纹的张开和扩展引起的,通过拉伸应变来控制;压缩损伤相关于微空洞体积分数比的演化,并通过微空洞塌陷引起的压缩应变来控制,由此压缩损伤和拉伸损伤就完全耦合了.通过模型计算模拟结果与实验结果比较发现,随着冲击速度的提高,混凝土的峰值应力显著增加,即混凝土材料的承载能力增大,同时混凝土内部产生显著的塑性变形.模拟曲线与实验曲线拟合良好,因而可以用该模型模拟混凝土材料在强冲击荷载下的动态特性.     

冲击载荷下混凝土动态力学性能研究进展

系统总结了国内外研究者在混凝土动态抗压强度、抗拉强度和平板冲击实验研究方面所取得的最新进展,在此基础上分析了适用于冲击问题的混凝土本构模型的构建要素。对有代表性的用于数值模拟冲击问题的几个混凝土本构模型,如J-H模型、Forrestal模型、RHT模型和Malvar模型等。从极限面、状态方程以及损伤的定义及其演化等方面进行了深入分析,据此分析总结了混凝土动态本构模型的研究状况及发展趋势。     

混凝土冲击破坏动态力学及能量特性分析

动强度和能量耗散规律是研究混凝土动力特性的主要内容。为探究混凝土在冲击荷载作用下的动态力学、变形以及能量演化特征,利用直径为100 mm的霍普金森杆装置对骨料率为0、32%、37%和42%的混凝土试样,分别进行了冲击速度为5、6、7 m/s的冲击压缩试验。探讨了冲击速度和骨料率对试样变形、动强度以及分形维数的影响,建立了动强度关于冲击速度和骨料率的表达式,并对试样吸收能和裂纹表面能之间的关系进行了对比分析。结果表明:混凝土试样破坏时出现了变形滞后现象,破坏形式主要以劈裂拉伸破坏为主;动强度随冲击速度、骨料率的增大而增大,用所建动强度公式可以较好地预估混凝土动强度;混凝土破坏碎块分形维数、吸收能和裂纹表面能均随冲击速度的增大而增大,随骨料率的增大而减小,且吸收能始终高于裂纹表面能,当骨料率为37%时,吸收能转化率最高,约91%转化为裂纹表面能。     

钢制弹丸冲击混凝土时绝热剪切局部化的数值计算

为描述弹丸材料冲击混凝土时的绝热剪切过程,根据冲击条件下绝热剪切局部化的一维分析结果,给出冲击混凝土弹丸材料的绝热剪切局部化模型并引入到数值分析中。为了既能描述混凝土的非线性变形及断裂特性又要保持分析过程中材料界面的清晰,混凝土划分成光滑粒子并使用无网格光滑粒子动力学算法,而弹体划分成有限元网格并使用有限元算法。结果显示,利用本文中给出的绝热剪切局部化模型计算得到的弹丸内绝热剪切局部化区域与实验中的破坏位置一致。     

多种截面形状薄壁管轴向冲击吸能特性对比研究及优化设计

利用经过台车碰撞试验验证的铝合金薄壁管材料参数对比研究了方形、六边形、八边形和圆形的多种不同截面形状薄壁管在轴向动态冲击下的吸能特性。结合多目标优化算法对吸能特性较好的八边形多胞管进行了参数优化,并提出了一种新的优化设计方案。该方案将多胞管外管、肋板和内管的厚度分别作为优化设计变量,通过与将多胞管取统一厚度作为设计变量的传统方案进行对比发现,采用该方案对八边形多胞管进行优化后明显提高了其在相同压缩力峰值下的能量吸收效率。     

爆炸冲击下混凝土触变后的强度和微结构特征

实验研究了爆炸冲击作用下混凝土触变后的强度和微结构特征。结果表明，混凝土触变后的微结构与爆炸荷载强度、混凝土含水量及骨料有关。触变后的混凝土强度高于正常凝结混凝土强度，提高程度决定于爆炸应力波强度和混凝土的微结构。     

冲击荷载作用下混凝土材料的细观本构模型

将混凝土材料看成是水泥砂浆基体和粗骨料颗粒组成的2相复合材料,假设水泥砂浆基体和粗骨料颗粒均为弹性、均匀、各向同性的,粗骨料颗粒为球形。基于Mori-Tanaka理论和Eshelby 等效夹杂理论推出了混凝土材料弹性模量的计算公式。在Horii和Nemat-Nasser提出的脆性材料在双轴向压应力作用下破坏的滑移裂纹模型基础上,运用细观力学方法推导了微裂纹对材料弹性模量的弱化作用以及微裂纹的损伤演化方程。建立了混凝土材料在冲击荷载作用下的一维动态本构模型,模拟曲线与实验曲线符合良好,因而可以用该模型模拟混凝土材料在冲击荷载下的动态特性。     

混凝土动态冲击问题的一种欧拉数值方法

针对混凝土的动态冲击问题给出了混凝土的Holmquist Johnson Cook本构关系 ,本构关系中的等效强度作为压力、应变率和损伤的函数 ;压力表示为体积应变的函数 ,并考虑了永久破碎的效应 ;积累损伤作为等效塑性应变、塑性体积应变和压力的函数。结合三维弹塑性流体力学欧拉数值方法 ,提出了混凝土的Holmquist Johnson Cook本构关系与欧拉程序相结合的计算方法。介绍了带混凝土Holmquist Johnson Cook本构关系的三维弹塑性流体力学欧拉程序。     

PVDF压力传感器的冲击压电特性研究

PVDF薄膜是一种新型的聚合物压电材料.为了研究PVDF薄膜在低压和一维应变下的压电特性,利用立式Hopkinson压杆和一级轻气炮标定了自研制PVDF压力传感器的压电曲线,实验表明该应力传感器频响高,波形稳定,线性度良好,拟合灵敏度系数K值在0～20MPa和100～450MPa压力范围分别为14.96pC/N和11.9pC/N,可以基本满足动态冲击应力测试的要求.但由于PVDF薄膜的系数K受多方面的影响,定量分析有相当难度,建议使用跟实际工作状况相近的标定K值.     

退役单基药的冲击起爆特性

为了研究退役单基药的冲击起爆特性,参照GJB772A-97中卡片式隔板法实验方法,分别开展了退役单基药的连续爆速实验、冲击波感度实验及锰铜压力计实验,观测了其冲击起爆的爆轰建立过程,得到了临界隔板值以及临界起爆压力。在连续爆速实验中,隔板厚度为50 mm时,观察到了退役单基药反应冲击波不断增长的过程,并在90mm处转变为爆轰; 在冲击波感度以及锰铜压力计实验中,测得其临界隔板厚度为50~52 mm,临界起爆压力为1.35~1.49 GPa。对退役单基药的冲击起爆过程进行了数值模拟,结合三种实验的实验结果,标定了其点火增长模型反应速率方程参数。

     

一种混凝土损伤模型和数值方法

Ｏｔｏｓｅｎ准则在准静态时和实验结果有很好的一致性,但是混凝土的动态力学性质和准静态相比有明显的变化。此时,需要用应变率相关的本构模型来描述混凝土的力学行为。从Ｏｔ－ｔｏｓｅｎ的四参数混凝土破坏准则出发,考虑损伤、静水压和应变率对本构关系的影响,建立了混凝土的粘塑性本构模型。同时给出了基于该本构模型的混凝土的有限元计算方法：在积分内变量时采用改进的龙格－库塔格式,在时间方向上的积分使用带有步长控制的ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ－方法,有效地保证了积分的稳定和精度,给混凝土的进一步研究提供了方便。     

反应金属冲击反应过程的理论分析

基于1维冲击波理论和粉末材料的冲击温度计算模型对反应金属的冲击响应行为、冲击温度及冲击反应过程进行了理论分析,分别考虑了材料密实度、冲击速度对冲击压力、冲击温度的影响;结合粉末材料冲击温度计算结果及冲击反应的化学动力学方法,提出了考虑反应效率的反应金属冲击反应理论模型。利用新模型得到的计算结果与已有实验结果吻合较好。反应金属的冲击反应行为受密实度、冲击速度及材料种类影响明显。 更多还原     

冲击载荷下岩石的损伤特性分析

把岩石类脆性材料受冲击波加载造成的损伤与弹性纵波速度的变化联系起来,定义了损伤度Ｄ,并且以辉长岩（Ｇａｂｂｒｏ）和石灰岩（Ｌｉｒｎｅｓｔｏｎｅ）为例,测量了冲击波加载后靶体的损伤度分布。同时对冲击加载后含损伤的辉长岩,测量了一维准静压下弹性纵波速度的变化和抗压强度,分析了含损伤材料的静力学行为。     

新型混凝土桥面铺装材料的冲击力学性能

利用大尺寸Hopkinson压杆对新型混凝土桥面铺装材料钢纤维增强聚合物改性混凝土（steel fiber reinforced and polymer modified concrete,SFRPMC）进行了冲击实验,并且在相同基准配合比下,与普通混凝土、钢纤维混凝土的冲击性能进行了对比。观察了不同打击速度下三种材料的破坏形态,得到了在不同应变率下的应力应变关系,比较了三种材料的应变率敏感性,最后从机理上分析了掺加钢纤维和聚合物对混凝土材料冲击力学性能的影响。结果表明,钢纤维增强聚合物改性混凝土材料具有良好的冲击韧性,是一种理想的混凝土桥面铺装材料。     

冲击动力系统的鲁棒稳定性分析

考虑冲击动力系统的ｋ－ｐ周期运动的鲁棒稳定性问题。首先，根据微分方程的解、冲击条件和衔接条件，应用迭代法给出了系统存在ｋ－ｐ周期运动的充分必要条件，并利用稳定性的等价原理，通过周期运动的扰动差分方程导出其稳定条件；然后，着重对含有不确定参数的冲击动力系统的ｋ－ｐ周期运动的稳定性进行了分析，得出了鲁棒稳定的充分条件，文末给出了用于阐明理论结果的算例。     

混凝土靶板冲击响应的经验公式

对预测混凝土靶板在弹丸撞击下的响应和破坏的经验公式进行了综述,包括预测侵彻深度、痂斑破坏和穿透的经验方程,并对国外现有的有关钢筋混凝土靶板抗弹设计和评估的规范进行了评论。结果表明,现有经验模型的不完备性和现有设计和评估准则的自身缺陷,清楚地说明有必要在混凝土撞击、侵彻和穿透这一活跃研究领域,做进一步的实验、理论和数值模拟工作,以便对余留问题找到令人满意的答案。     

关于弹体冲击和贯穿混凝土的三维数值模拟

利用FEM和SPH算法相结合给出弹体冲击和贯穿混凝土的三维数值模拟。将弹体划分为四面体有限元网格,混凝土划分为光滑粒子。为形成单元方便,将弹体划分成三个独立的模块并且这三个独立的模块具有拼凑功能。给出光滑粒子-有限元界面的滑移面算法。为了提高计算效率,在程序的前处理中预设界面的从属点和每个光滑粒子的关联点。计算结果与实验结果对比表明,FEM和SPH算法相结合及编制的程序能有效模拟弹体对混凝土的三维冲击和贯穿过程。同时给出在垂直冲击中二维计算与三维计算的差别。     

高强钢纤维混凝土冲击压缩特性试验研究

采用大尺寸SHPB装置 ,对钢纤维体积分数在 0～ 6 %的高强钢纤维混凝土进行冲击压缩试验 ,得到应变率约 10 0s-1下的应力 应变全曲线及方程 ,给出抗压强度与应变率的关系 ,讨论了钢纤维含量对冲击强度的影响。     

新型自冲击密封的泄漏特性与封严机理初探

新型自冲击密封提出以来持续受到同行学者和行业专家的广泛关注和认可,本文中进一步通过对自冲击密封热力学效应及各类流场的剖析,建立起新型密封热力学效应与泄漏量的关系,从热力学角度分析了新型密封的流场特性与泄漏特性,研究了几何参数、工况参数、密封性能参数及其相互间的联系和规律.结果表明：建立的泄漏公式与仿真结果符合较好(变转速下误差为7.59%),可以较好的反映热力学效应与泄漏之间的关系;当密封间距h≤200μm时,密封熵增效果随密封间隙变化最为明显;密封介质流入后温度呈逐级上升趋势,至密封出口处达到最高,出口温度随压力和密封间距的增大而增大,随着级数的增大而缓慢减小,转速对出口温度的影响较小.新型密封主要通过间隙内流体的冲击产热进行能量耗散并最终实现封严功能,如何泄压、控温及选择合适的耐高温材料是新型密封尽早实现工业化应用的关键.