混凝土断裂过程的力学模型与数值模拟

混凝土是一种典型的非均匀准脆性材料,其断裂过程是非常复杂的.评述了混凝土断裂以及断裂过程研究的进展状况,主要总结了一些研究混凝土断裂的宏观力学方法和模型,介绍了从混凝土的细观层次出发模拟其断裂过程的数值模型.最后,简单介绍了作者用细观数值方法模拟混凝土宏观断裂过程的研究成果.      

骨料对混凝土材料冲击压缩行为的影响

利用大尺寸Hopkinson压杆，以实验数据为依据，研究了四种不同骨料尺寸的普通混凝土材料和两种不同配比的钢纤维增强混凝土材料在冲击载荷下的压缩强度，从唯象的角度分析了骨料性质及其粒径对混凝土材料动态压缩性能的影响及可能的力学机理，为在工程上更好地利用混凝土材料提供一定的理论和实验的支持。     

爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁的动力响应及破坏形态分析

对基于Timoshenko梁理论建立的非线性动力有限元法作了改进。根据压区理论得到混凝土的平均剪应力和平均剪应变关系,建立了能反映箍筋的抗剪作用的材料模型;此外,对结构在爆炸荷载作用下可能出现的各种响应现象进行了描述,以准确地预测梁破坏时不同位置截面上钢筋和混凝土的受力、变形及破坏情况。应用改进的材料模型,对爆炸荷载作用下的五个钢筋混凝土试验梁的动力响应和破坏形态进行了数值模拟,结果表明,该数值方法能较好地模拟钢筋混凝土梁的弯曲、弯剪和剪切等破坏形态。     

水下爆炸冲击荷载下混凝土重力坝的抗爆性能

在水下爆炸冲击荷载作用下,结构动力响应较之静态荷载和地震荷载作用下要复杂得多。通过大 量的数值模拟,探讨了混凝土重力坝在水下爆炸冲击荷载作用下,大坝高度、库前水位对大坝抗爆性能的影 响,为大坝抗爆性能评估和防护设计提供基础。数值计算中,构建了重力坝水下爆炸全耦合数值模型,并考虑 爆炸冲击作用下混凝土的高应变率效应。研究结果表明:对于混凝土重力坝,随着大坝高度的增加,大坝的抗 爆性能增强;库前水位对大坝的抗爆性能影响较大,通过降低库前水位可有效提高大坝的抗爆性能。     

NONLINEAR UNIFIED STRENGTH MODEL OF GEOMATERIALS

将材料的破坏归结为剪切破坏,每种材料对应于特定的剪切滑动面,抗剪强度为滑动面上正应力的函数,基于不同材料的强度特性将一系列的剪切滑动面统一起来,建立了岩土材料的非线性统一强度模型.非线性统一强度模型的滑动面为β应力空间内的等倾面,在β应力空间内的强度面为圆锥面;在普通应力空间内的强度面为一系列连续光滑、外凸的锥面,在偏平面上强度曲线涵盖了从下限Matsuoka-Nakai曲线到上限Drucker-Prager圆之间的所有区域,子午面上强度线为直线.非线性统一强度模型只有3个材料参数,参数都具有明确的物理意义,通过与国内外学者已取得的岩土类材料真三轴强度试验结果的比较,表明模型可适用于多种类型的材料,并合理描述其非线性强度特性.     

钨合金柱形弹超高速撞击水泥砂浆靶的侵彻深度研究

为探索钨合金柱形弹超高速撞击水泥砂浆靶的侵彻深度随撞击速度变化规律,利用二级轻气炮开展了?3.45 mm×10.5 mm的克级93 W钨合金柱形弹以1.82~3.66 km/s的速度撞击水泥砂浆靶的实验,利用CT图像诊断技术获得了侵彻深度和残余弹长随撞击速度的变化规律,对超高速撞击过程进行了数值模拟,结合数值模拟结果进一步分析了超高速撞击物理过程。结果表明:(1)超高速撞击条件下成坑是弹坑+弹洞型;(2)侵深-速度曲线呈现先增大后减小的现象,在弹速2.6 km/s附近存在侵彻深度极大值,约为8.5倍弹长,相对于中低速侵彻的深度并没有显著优势。(3)通过基于数值模拟得到的弹靶界面压力时程曲线将侵彻过程分为4个阶段,其中准定常侵彻阶段和第三侵彻阶段是决定总侵深的主要阶段。(4)随撞击速度增加,弹体侵蚀逐渐剧烈,此时准定常侵彻阶段的侵深变化不大,而第三侵彻阶段中的刚体侵彻部分大幅降低,导致总侵深大幅降低,使总侵深曲线呈现先增大后减小的现象。     

岩石类介质侵彻效应的理论研究进展

近年来,随着超高速武器的发展,侵彻效应的研究重点逐渐由高速向超高速发展。随着弹体打击速度提高,侵彻机制发生变化,并触发强烈的成坑和地冲击效应。本文综述了大速度范围内岩石类介质侵彻效应的理论研究进展,讨论了长杆弹侵彻速度的分区,介绍了岩石类介质的侵彻、成坑、地冲击效应的理论模型,并对目前研究中尚有待解决的问题和下一步的研究方向进行了展望。     

单向纤维复合材料粘弹性性能预测

建立了基于均匀化理论的单向纤维复合材料粘弹性性能预测方法。对单向纤维增强复合材料粘弹性问题的控制方程进行Laplace变换,在像空间中利用均匀化理论建立宏观松弛模量的Laplace变换与微结构描述参数以及变换参数间的关系。用Prony级数模拟松弛模量随变换参数的变化形式,并根据像空间中一系列变换参数对应的松弛模量的数值,采用函数拟合技术确定Prony级数的形式,从而确定用显示形式表示的松弛模量的Laplace变换随变换参数的变化规律。对显式表达式的逆变换获得时间域内的松弛模量。该方法利用拟合函数的逆变换避开了复杂的数值Laplace逆变换,使单向纤维增强复合材料的粘弹性性能的确定变得容易。文中给出了单向纤维复合材料松弛模量的数值预测结果并同有限元法模拟试验的结果对比,验证了预测结果的准确性以及本文方法的有效性。     

复合纤维增强混凝土阻尼测试装置开发与试验研究

纤维与聚合物的掺入可以明显改善混凝土材料的阻尼性能。本文首先给出了正弦交变激励下粘弹性材料三点弯曲梁阻尼特性关系,其次首次自主开发了大尺寸材料的阻尼性能测试装置,然后利用开发的装置在频率(0.5~2.0Hz)条件下测定了6种不同配比复合纤维增强阻尼混凝土的损耗因子与储存模量,最后对纤维的阻尼增强机理进行了初步探讨。试验结果表明:复合纤维增强阻尼混凝土与素混凝土相比,提高了混凝土的损耗因子80%~200%。主要原因是聚合物分子在外力作用下的内耗增加了普通混凝土的阻尼能力,而纤维的阻尼增强机理在于纤维的掺入增加了纤维与水泥基材的界面摩擦力。     

碳纤维增强纸基摩擦材料磨损机理研究

以碳纤维为主要增强纤维,采用湿法工艺制备出1种纸基摩擦材料.研究了不同制动次数条件下样品的摩擦磨损行为,通过分析不同制动次数后样品磨损表面的粗糙度特征、三维轮廓形貌、微观形貌和热失重过程,探讨了碳纤维增强纸基摩擦材料的磨损机理.结果表明：随着制动次数的增加,磨损表面粗糙度大幅度降低,材料磨损过程经历了从＂跑合磨损＂到＂稳定磨损＂的转变;材料在磨损过程中微凸体逐渐被磨平,孔隙逐渐被填充,表现出疲劳磨损的特征;磨损后样品表层的热重曲线在320～450℃之间出现了新的剧烈失重峰,表明产生了热磨损;但是磨粒磨损的特征并不明显.