“固体中非线性弹塑性加-卸载波和粘弹性波的传播”荣获2006年度教育部高等学校自然科学奖一等奖

由我校王礼立教授等完成的“固体中非线性弹塑性加-卸载波和粘弹性波的传播”成果荣获2006年度教育部高等学校自然科学奖一等奖．该成果在加-卸载边界的传播规律及其描述方法、应力波诱导的表面裂纹损伤区产生规律等方面取得了重大突破，建立了新的弹塑性纵波和横波相耦合的传播理论和梁在横向冲击下的新的动态剪切失效的“移行剪切铰”理论，首创船撞桥柔性耗能防护装置应力波分析设计，[第一段]     

动载荷下颗粒增强高聚物中的损伤演化

本文讨论了在强动载荷作用下的颗粒增强高聚物中的损伤演化规律．文中首先介绍了由本文作者最近提出来的关于粒子填充高聚物的本构关系．然后研究了在平板撞击下的一维应变波的传播和衰减特性．本文基于细观力学方法研究了介质中微损伤的演化．拉应力波的作用将可能导致由于界面脱粘引起的微损伤成核，已经成核的微损伤(微孔洞)的长大与汇合将最终造成材料的动态失效．研究表明，影响微损伤演化的因素有：粒径分散度，平均粒径和界面粘结能等．然而，与准静态加载不同，在动态条件下，以上这些因素对损伤演化的影响并不十分明显．理论分析的结果是：材料的层裂破坏强烈地依赖于飞片对靶板的撞击速度，最后，本文还根据损伤演化的特征建议了一个关于粒子填充高聚物的层裂准则．     

冲击加载下纤维增强水泥的动态损伤和失效特性研究

为了研究纤维增强水泥(FCEM)在冲击加载下的损伤演化特性，我们发展了一种基于压剪联合加载的横向剪切波跟踪技术(SWT)。该技术可以实时跟踪测量试样内部损伤失效行为．初步实验结果表明，FCEM的P—V Hugoniot线具有4个特征点A、B、C、D，分别对应材料的HEL点，剪切强度极限点(损伤至失效转变点)，孔洞崩塌点和密实介质再压缩点，其中孔洞崩塌约产生10％的体积压缩．本文采用三维离散元方法(DM3)对脆性材料中的孔洞崩塌进行了数值模拟，得到较满意的结果．     

侵彻环境下两种钨合金的细观响应特性

本文实验发现具有较大密度和较高速度的93W钨合金长杆模拟弹的穿靶深度反而比密度较小，速度较低的90W钨合金长杆弹的穿靶深度小．针对这一现象，本文从两种材料在侵彻环境下的细观响应特性的差异上给出了有实验根据的合理分析，结论是90W在侵彻环境下较易于形成绝热剪切带，从而在弹头部发生“自锐化”效应所致．     

复合材料力矩管扭转性能的研究

为了研究缠绕角度对玻璃纤维增强复合材料管(GFRP)扭转性能的影响和给在实际应用中提供依据,本文研究采用湿法缠绕成型工艺制得了具有不同缠绕角度的GFRP管.通过测试缠绕管的破坏扭矩来分析影响复合材料缠绕管扭转性能的各项因素,并与理论计算值进行了比较.研究结果表明,缠绕管扭转破坏的主要形式为面内剪切破坏.当缠绕角度在25°至60°范围内变化时,随着缠绕角度的增大,复合材料缠绕管的壁厚逐渐减小,抗剪性能逐渐减弱且扭转破坏形式有分层情况出现.当缠绕角是25°时,缠绕管的抗扭性能最佳,最大扭矩为118N.m,对应的扭转强度为209MPa.     

植被护坡中植物根系的阻裂增强机理研究

本文从复合材料的角度对植物根系的加固机理进行了分析,将含根系的岩土体看成一特殊的复合材料,其中岩土体为基体相材料,根系为增强相材料,根系犹如纤维,将对根土复合体起到阻裂增强作用.并运用能量原理对根系的阻裂增强作用进行了分析研究,得出根土复合体中某点的抗剪强度增量的计算公式及该点处根系的抗拔力和最大拔出长度的计算公式,得出某点抗剪强度增量主要与该点处根的面积比、面密度、长径比、抗拉强度、根士间的黏聚力及摩擦系数有关,及如果根系深入某点以下锚同段长度大于该点处的最大拔出长度,根系将被拉断的结论.     

钢-LVL组合工字形梁受剪性能研究

将单板层积材(LVL)和冷弯薄壁型钢通过结构胶复合形成工字形截面的组合梁,以组合梁的剪跨比、腹板和翼缘LVL厚度为参数,对9根钢-LVL组合工字形梁进行受剪性能试验,观察其在不同荷载作用下的破坏现象、破坏形态、应力变化及挠度的发展,对受剪承载力的影响因素进行分析,并提出组合梁的跨中挠度及受剪承载力的计算方法.试验结果表明,钢-LVL组合工字形梁的整体工作性能较好,组合效应显著,其受剪承载力与剪跨比、腹板厚度及翼缘厚度有关.当剪跨比小于2.5时,试件表现为明显的剪压破坏,腹板厚度、翼缘厚度的增加以及剪跨比的减小,可以有效地提高其极限受剪承载力.提出了组合梁的跨中挠度和受剪承载力计算模型,与试验结果吻合良好,实测挠度与计算挠度误差在8%以内,受剪承载力试验值与计算值平均误差不超过10%.     

集中荷载下叠合梁抗剪强度

本文对低叠合面钢筋破简支在合梁二阶段受力的斜截面抗剪性能进行了试验研究，并运用非线性有限元分析和试验实测数据，得出了一个适合于集中荷载下高低叠合面叠合梁的抗剪强度计算公式．     

陶粒-普通混凝土双层组合路面层间应力及弯沉分析

为研究陶粒-普通混凝土双层组合路面的层间应力及弯沉, 首先进行Z型组合试件的粘结性能试验, 并利用ANSYS软件建立陶粒-普通混凝土双层组合路面模型, 分析车辆在匀速和制动工况下组合路面的层间应力及弯沉分布; 还进一步研究了增设Z型钢筋网对组合路面层间粘结性能的加强作用. 结果表明: 陶粒-普通混凝土双层组合路面具有较理想的层间粘结性能和较小的变形; 增设Z型钢筋网可进一步减小层间应力和变形, 加强整体粘结性能.     

不同剪跨比下陶粒混凝土叠浇梁抗剪性能试验研究

简支梁受压区采用普通混凝土, 受拉区采用陶粒混凝土, 可充分利用普通混凝土的高抗压强度及陶粒混凝土良好延性及自重轻的优点, 实现二者有机结合. 通过设计制作3根底部采用陶粒混凝土, 上部采用普通混凝土, 剪跨比分别为1.3、1.9、2.5的叠浇梁, 和1根剪跨比为1.9的全陶粒混凝土梁进行抗剪性能试验, 分析叠浇梁在荷载作用下的整体工作性能与破坏特征, 研究不同剪跨比对叠浇梁抗剪极限承载力、变形、最大斜裂缝宽度、纵筋应变和箍筋应变的影响. 结果表明: 所设计的叠浇梁叠浇结合面整体工作性能良好; 随着剪跨比的增大, 跨中挠度和最大斜裂缝宽度增大; 达到极限荷载时, 纵筋均未屈服, 剪跨区箍筋屈服, 4根简支梁均发生典型的剪切破坏.     

冲击载荷下高聚物动态本构关系对粘弹性波传播特性的影响

从广泛适用于工程塑料的ＺＷＴ非线性粘弹性本构方程出发，研究了冲击载荷下粘弹性波传播特性与本构特性间的相互依赖和影响。以有机玻璃、聚碳酸酯和环氧树脂为实例，通过数值模拟，对粘弹性波的传播特性作了分析比较。建议了一个在准静态试验基础上，通过测量粘弹性波两个主要传播特性参数（特征波速和衰减因子）来确定高聚物高应变率下动态本构方程的方法。理论预示和实验结果相符。     

RHT模型的改进与数值拟合

RHT模型普遍用于混凝土的数值模拟当中, 但该模型的相关参数较难获得. 利用SHPB实验测得C40混凝土应力应变曲线, 并从该曲线中选取RHT模型中弹性极限面和失效强度面对应的应力状态点进行数值拟合, 从而得到RHT模型参数A、N、δ、α. 并引进当前面所对应的归一化静水压参量和应变增量, 改进了损伤量D的描述, 从而改进了在混凝土数值计算中广泛应用的RHT模型. 结果表明: 改进RHT模型得到的理论应力应变曲线与实验曲线吻合良好, 可作为获得RHT模型参数的有效方法.     

冲击荷载下C型G550冷弯钢的断裂机理研究

以C型G550薄壁冷弯钢构件为研究对象, 通过材料在不同应变率下的拉伸实验和数值模拟数据得到Johnson-Cook (J-C)本构模型和Johnson-Cook失效模型参数. 通过Abaqus软件模拟了不同冲击荷载作用下C型冷弯钢构件撕裂破坏的全过程, 利用落锤装置轴向冲击试验进行对比, 其实验结果与有限元数值模拟结果有良好的一致性. 此外, 对冲击试样撕裂断口进行微观形貌分析, 得到构件的断裂机理. 结果表明: 随着冲击速度的提高, 冲击力对构件的加载时间增加, 构件需要较大的塑性变形来吸收冲击能量; 冲击速度越高, 裂纹扩展功所占吸收冲击能量的比例越大, 显示出高速下裂纹扩展的能力越好; 冲击速度较高时, 以脆性断裂为主, 断口出现解理面, 甚至在高速变形时发生了绝热剪切破坏.