基于S准则发展的混凝土动态多轴强度准则

通过对经典强度理论或准则的强度参数分析,将强度参数转化为由混凝土的单轴压缩和单轴拉伸强度表示,结合S准则给出的混凝土单轴强度的率效应规律,得出了强度参数受应变率影响的率效应函数,进而将常用的静态多轴强度准则摩尔-库伦强度理论、松岗-中井强度理论、德鲁克-普拉格强度理论、拉得-邓肯强度准则和胡克-布朗强度准则发展为动态多轴强度准则.利用混凝土动态单轴压缩和动态单轴拉伸试验结果统计分析给出的S准则率效应参数,分析了5种强度准则中强度参数随应变率的变化规律以及取值范围.基于混凝土单轴压缩和单轴拉伸强度,分别给出了5种强度准则在子午面、偏平面和平面应力条件下的强度曲线与主应力空间中的强度曲面,对比分析了5种强度准则间的异同,以及每种强度准则随应变率的变化规律.利用混凝土材料的动态双轴和动态真三轴强度试验结果,分析评价了5种动态多轴强度准则,并且阐述了各动态多轴强度准则的应变率适用范围.德鲁克-普拉格强度理论与试验结果相差甚远,不适于描述混凝土材料的强度规律.动态双轴加载时,在拉压区各强度准则差别不大,都可较好地描述试验规律;在压压区各强度准则差别较大,松岗-中井强度理论与试验结果吻合最好.在动态真三轴比例加载时,摩尔-库伦强度理论和胡克-布朗强度准则无法考虑中主应力的影响;松岗-中井强度理论和拉得-邓肯强度准则都可较好地描述试验规律.      

基于损伤泊松比的混凝土多轴强度准则

基于两个基本假定并提出损伤泊松比的概念,应用损伤力学理论和最小耗能原理,根据混凝土单元体的耗能率应受到强度准则的约束,建立了混凝土在多轴应力状态下强度准则的一般形式并揭示混凝土的破坏机理,指出损伤泊松比是决定混凝土破坏的关键.根据混凝土破坏包络面的特征和已有试验资料,初步确定了损伤泊松比的表达式.通过与国内外633组多轴应力下混凝土强度试验资料的比较,结果表明该强度准则计算结果与试验结果符合较好.针对二轴应力状态下,新混凝土强度准则可进一步简化,其形式更简单,且偏于安全.     

基于扩展有限元法的混凝土细观断裂破坏过程模拟

扩展有限元法（XFEM）是分析不连续力学问题（特别是断裂问题）的一种有效的数值方法。在常规的有限元位移模式中,基于单位分解的思想加入一个跳跃函数和渐进缝尖位移场来对不连续体附近的节点自由度进行局部加强,从而反映了位移的不连续性。介绍了扩展有限元的基本原理,给出了扩展有限元进行混凝土开裂及裂纹扩展的分析方法,最后采用扩展有限元法模拟了湿筛混凝土单轴拉伸作用下及WinklerL-型混凝土板的细观断裂破坏过程。分析了混凝土裂纹萌生、扩展的过程及破坏形态,数值结果与实验结果吻合良好。研究表明：扩展有限元法通过特定的位移模式,使裂纹两侧不连续位移场的表达独立于网格划分,能有效地模拟混凝土材料细观断裂破坏过程。     

脆性材料的均强度破坏准则

在大量工程陶瓷和玻璃力学性能研究的基础上,针对脆性材料的强度特点,提出一个新的强度准则——均强度准则.指出了脆性材料存在一个固有特征——破坏发生区,并导出了相应的解析表达式.应用该理论解释了弯曲强度的尺寸效应,给出了不同尺寸试件弯曲强度的关系式.并通过一系列实验以及格里菲斯的经典实验验证了均强度准则的正确性和可行性.为工程陶瓷等脆性材料的力学性能评价提供了一个有效的破坏准则.     

钢筋锈胀引发混凝土保护层开裂破坏的细观数值研究

钢筋锈蚀膨胀引起保护层混凝土开裂是影响钢筋混凝土结构耐久性和服役寿命的重要因素。考虑到混凝土细观结构组成对保护层破坏模式的影响,从细观角度出发,将混凝土看作由骨料、砂浆基质及两者间界面过渡区组成的三相复合材料,建立了描述钢筋锈胀力学行为的混凝土随机骨料模型。采用塑性损伤本构关系模型来表征砂浆基质和过渡区界面的力学行为,假定钢筋均匀锈蚀,对钢筋锈胀引起的混凝土保护层开裂破坏过程进行了细观数值研究。对比了宏观均匀模型与细观非均质模型下获得的保护层破坏模式,探讨了径厚比(c/d)、钢筋位置(中部和角区)及混凝土拉伸强度对保护层破坏模式及保护层胀裂时钢筋锈蚀水平的影响,得到了一些有益结论。     

混凝土动态双轴拉压破坏准则细观数值模拟研究

正常服役期内的混凝土结构往往处于复杂应力状态,并且不可避免地会受到偶发动力载荷作用.对于复杂载荷作用下的混凝土力学性能研究,破坏准则是基础.受试验设备等条件限制,现有的动态双轴拉压破坏准则形式复杂、缺乏更高应变率和侧应力比范围且尚未综合考虑应变率和侧应力比的耦合作用.为进一步提出适用范围更高且更准确的混凝土动态双轴拉压...     

管材包裹混凝土柱轴压细观力学数值模拟

将不同模量管材包裹下的轴压混凝土圆柱构件内部混凝土看作由骨料、砂浆骨料过渡层、砂浆组成的三相复合材料,利用骨料随机投放程序确定骨料在试件中的随机位置,并考虑各相材料的弹塑性性质,建立了构件的三维非线性细观分析模型.通过对不同模量管材(PE,HDPE,PVC,钢)包裹下的轴压混凝土圆柱的内部细现力学性能进行分析,探讨不同材料外包下轴压混凝上柱破坏的开展与其内部各种材料(如骨料、过渡层、砂浆等)及外部包裹材料的细观受力状况的关系.     

不同加载速率下砂岩弯曲破坏的细观机理

岩石细观破裂形貌是岩石破坏机制的重要反映,为研究不同加载速率对砂岩弯曲破坏的影响,通过三点弯曲实验和扫描电镜方法,对某煤矿关键层砂岩弯曲破断裂纹细观形态以及裂纹的自相似性进行了研究。选取6个不同加载速率对岩样进行三点弯曲实验,观察其宏观断裂情况,并利用扫描电镜对弯曲断裂面表面裂纹细观结构进行观察,并拍摄不同倍数下的扫描电镜图片。对图片进行图像处理后得到砂岩弯曲断裂破坏细观裂纹信息,并计算得到微裂纹的分形盒维数值。结果显示:随着加载速率的提高,砂岩穿晶断裂的比例也随之升高,裂纹分形维数亦随着加载速率的增大而增加,同时,分形维数还与弯曲断裂破坏荷载和抗弯强度成正比。可见,加载速率对断裂方式有一定的影响,且加载速率越大断裂所需的破坏能越大,裂纹分布越广,表明开采速度与岩爆等岩体动力灾变有密切关系。     

三轴应力状态下混凝土的一种新强度准则

提出了一种新的三轴应力状态下的混凝土强度准则,它的理论基础是最小耗能原理.对不同的混凝土材料和不同的受力状态,该文给出的强度准则与实验值均吻合较好.     

复杂应力条件下脆性材料的受拉破坏准则

根据脆性材料微粒对之间距离超过特定距离而破坏的微观机理,结合宏细观试验结果指出的绝大多数的破坏颗粒对的方向与σ1的方向之间的夹角都大于0°这一事实,导出了新的脆性材料张破坏准则: σ1 ασ2 βσ3≤[σ],式中系数β与材料的优势角θ(破坏颗粒对的方向与σ1的方向之间的夹角的某种平均) 和泊松比μ有关．同时还指出了经典强度理论由于没有考虑优势角从而导致了它们与宏观实验结果不符．实验结果表明,在张破坏条件下此准则比经典的准则有更高的精度．     

一个改进的混凝土非线性双剪切强度准则

通过对混凝土、岩石等材料强度理论的分析研究,基于普遍形式强度理论及双剪切强度理论,考虑混凝土在多轴荷载作用下材料强度性质在π平面和拉伸压缩子午线上不同的变化规律,将混凝土的强度准则定义为两个较大主剪切应力平方和的函数;并考虑其对应剪切应力作用面上的正应力和静水压力的影响,推导了一个考虑中间主应力效应和复杂极限面情况的非线性双剪切强度准则;通过实验数据获得了相关参数。结果表明该强度准则可以较好地描述混凝土材料的破坏特性。     

Compressive failure of fiber composites under multi-axial loading

This paper examines the compressive strength of a fiber reinforced lamina under multi-axial stress states. An equilibrium analysis is carried out in which a kinked band of rotated fibers, described by two angles, is sandwiched between two regions in which the fibers are nominally straight. Proportional multi-axial stress states are examined. The analysis includes the possibility of bifurcation from the current equilibrium state. The compressive strength of the lamina is contingent upon either attaining a load maximum in the equilibrium response or satisfaction of a bifurcation condition, whichever occurs first. The results show that for uniaxial loading a non-zero kink band angle β produces the minimum limit load. For multi-axial loading, different proportional loading paths show regimes of bifurcation dominated and limit load dominated behavior. The present results are able to capture the beneficial effect of transverse compression in raising the composite compressive strength as observed in experiments.     

STRENGTH CRITERION FOR PLAIN CONCRETE UNDER MULTIAXIAL STRESS BASED ON DAMAGE POISSON＇S RATIO

A new unified strength criterion in the principal stress space has been proposed for use with normal strength concrete （NC） and high strength concrete （HSC） in compressioncompression-tension, compression-tension-tension, triaxial tension, and biaxial stress states. The study covers concrete with strengths ranging from 20 to 130 MPa. The conception of damage Poisson＇s ratio is defined and the expression for damage Poisson＇s ratio is determined basically. The failure mechanism of concrete is illustrated, which points out that damage Poisson＇s ratio is the key to determining the failure of concrete. Furthermore, for the concrete under biaxial stress conditions, the unified strength criterion is simplified and a simplified strength criterion in the form of curves is also proposed. The strength criterion is physically meaningful and easy to calculate, which can be applied to analytic solution and numerical solution of concrete structures.     

A criterion for high-cycle fatigue life and fatigue limit prediction in biaxial loading conditions

This paper presents a criterion for high-cycle fatigue life and fatigue strength estimation under periodic proportional and non-proportional cyclic loading. The criterion is based on the mean and maximum values of the second invariant of the stress deviator. Important elements of the criterion are: function of the non-proportionality of fatigue loading and the materials parameter that expresses the materials sensitivity to non-proportional loading. The methods for the materials parameters determination uses three S–N curves: tension–compression, torsion, and any non-proportional loading proposed. The criterion has been verified using experimental data, and the results are included in the paper. These results should be considered as promising. The paper also includes a proposal for multiaxial fatigue models classification due to the approach for the nonproportionality of loading.     

爆炸荷载下钢筋混凝土梁的变形和破坏

利用爆炸压力模拟器进行钢筋混凝土简支梁爆炸冲击实验,详细介绍了实验设计,通过实验系统分析了钢筋混凝土(RC)梁变形破坏特征以及钢筋作用机理和对变形破坏的影响,并建立了RC梁的分离式有限元模型,利用LS-DYNA分析了实验过程,对计算结果与实验结果进行了比较,分析了误差产生的原因,得到了爆炸冲击荷载作用下RC梁的损伤破坏特征和机理,可为毁伤评估和结构抗爆设计提供参考。     

Failure loads of spot weld specimens under impact opening and shear loading conditions

Failure loads of spot weld specimens are investigated under impact combined loading conditions. A set of test fixtures was designed and used to obtain failure loads of mild steel spot weld specimens under combined opening and shear loading conditions. Three different impact speeds were applied to examine the effects of separation speed on failure loads. Micrographs of the cross-sections of failed spot welds were obtained to understand the failure processes in mild steel specimens under different impact combined loads. The experimental results indicate that the failure mechanisms of spot welds are very similar for mild steel specimens at various impact speeds. These micrographs show that the sheet thickness can affect the failure mechanisms. For 1.0 mm specimens, the failure occurs near the base metal in a necking/shear failure mode. For 1.5 mm specimens, the failure occurs near the heat-affected zone in a shear failure mode. Based on the experimental results, the effects of the inertia force, the separation speed, and the loading angle on the failure loads of spot welds are investigated. Failure criteria are proposed to characterize the failure loads of spot welds under impact combined opening and shear loads for engineering applications. The failure load can be expressed as a function of the tensile strength of the base metal, the nugget size, the sheet thickness, the maximum separation speed, the loading angle, and empirical coefficients for a given welding schedule.     

强动载荷下钢筋混凝土结构计算模型简评

针对侵彻、爆炸等强动载作用下混凝土类结构计算中涉及的状态方程、变形破坏弹塑性本构关系与强度准则等关键问题,根据混凝土多组分特征,简述考虑介质中孔隙压缩的状态模型及弹塑性变形破坏中动态损伤演化模型,并在计算实验方法的基础上,给出需要进一步研究的建议。     

基于CT图像的细观混凝土模型中低应变率冲击下端部摩擦效应研究

基于微观X射线计算断层扫描（XCT）图像,采用单元替换像素的方法建立真实普通强度混凝土试件的细观有限元模型。该模型包含骨料、砂浆、界面过渡区和孔洞,并采用ABAQUS中的混凝土损伤塑性本构模型CDP来模拟各相材料。对20个基于XCT图像的细观模型进行了中低应变率（10^-5 s^-1~2 s^-1）冲击作用下的端部摩擦效应的蒙特卡洛模拟;并对模拟结果进行统计分析和曲线拟合,获得了动态抗压强度和端摩擦系数及应变率之间的定量关系式,以及无摩擦时抗压强度提高因子CDIF与应变率之间的关系式。结果表明,端摩擦能够提高混凝土的抗压强度,但当摩擦系数达到0.3后其影响不再明显;CDIF与应变率的对数（logε）呈二次抛物线关系;拟合的关系式与实验结果吻合良好。