PROGRESSIVE FRAGMENT MODELING OF FAILURE WAVE IN CERAMICS UNDER PLANAR IMPACT LOADING

Polycrystalline ceramics have heterogeneous meso-structures which result in high singularity in stress distribution. Based on this, a progressive fragment model was proposed which describes the failure wave formation and propagation in shocked ceramics. The governing equation of the failure wave was characterized by inelastic bulk strain with material damage and fracture. And the inelastic bulk strain consists of dilatant strain from nucleation and expansion of microcracks and condensed strain from collapse of original pores. Numerical simulation of the free surface velocity was performed in good agreement with planar impact experiments on 92.93％ aluminas at China Academy of Engineering Physics. And the longitudinal, lateral and shear stress histories upon the arrival of the failure wave were predicted, which present the diminished shear strength and lost spall strength in the failed layer.     

高速冲击条件下玻璃材料的破坏分析

分析了玻璃材料在高速冲击条件下的破坏波现象,对破坏波的传播机制及其动态特征以及破坏层的性质进行了研究。在实验分析的基础上提出了一种由偏应力冲量决定的损伤累积模型,并采用Heaviside函数来描述材料内部的破坏迟滞现象;数值模拟了破坏波的传播过程、破坏层的横向应力和纵向压缩应变的演化特征,并得出了反射稀疏波在破坏层边界再次反射后破坏波传播速度下降的结论。     

高速冲击条件下玻璃中破坏波的损伤累积模拟

分析了玻璃介质在高速冲击条件下低于Hugoniot应力弹性极限时的破坏波现象,在实验现象分析的基础上提出了一种由偏应力冲量决定的损伤累积模型,模型中采用了Heaviside函数来描述材料内部的破坏延迟现象,分析了玻璃介质中破坏层的性质、破坏波的传播机制及其动态特征,并发现了反射稀疏波在破坏层边界再次反射后破坏波传播速度下降的现象。     

冲击压缩下陶瓷材料中的破坏波模型

从多晶陶瓷材料细观结构非均匀性及其导致的应力奇异性分析出发,建立了陶瓷材料在冲击压缩下的本构关系,以及以表征材料损伤和破坏的非弹性体积应变为传播特征的破坏波控制方程,破坏层的非弹性体积应变包括由微裂纹成核、扩展引起的膨胀体积应变和由气孔塌陷引起的压缩体积应变两部分．结合92.93%氧化铝陶瓷板碰撞试验,数值模拟了冲击压缩下陶瓷材料中破坏波的传播过程,并对跨越破坏波阵面应力历程和剪切强度的变化规律进行了分析．     

基于磁场强度检测的悬索桥缆索锈蚀风险概率计算方法

为了分析和评定服役期内悬索桥缆索结构的锈蚀状态以及屈曲破坏风险概率,开展缆索结构的加速腐蚀试验,通过拟合得到磁场总强度与腐蚀失重率的关系。在已有的抗力概率模型和荷载概率模型研究的基础上,剔除次要因素,通过极限状态方程建立缆索结构锈蚀屈曲破坏风险概率计算方法。文章以某大跨径悬索桥为背景,根据三轴磁场强度检测结果,判断缆索结构的锈蚀状况,通过现场检测数据建立悬索桥有限元模型,计算缆索的抗力概率模型、荷载概率模型,从而得到悬索桥在当前缆索系统锈蚀状态下的破坏率。结果表明：随着试样腐蚀率的增加,磁场总强度呈现下降趋势,且其测值越离散。锈蚀评定方法能够较好的拟合磁场总强度和腐蚀失重率的关系。基于现场锈蚀评定和有限元模拟建立的悬索桥缆索结构锈蚀风险概率计算方法切实可行。     

基于图像灰度分析的腐蚀钢绞线细观损伤行为

外护套破损的在役拉吊索结构,索内镀锌钢丝或钢绞线直接暴露于自然环境中,特别是酸雨的服役环境下,镀锌钢丝或钢绞线腐蚀非常严重,造成重大安全隐患.通过酸雨环境下拉吊索钢绞线在交变应力、静态应力和无应力工况的加速腐蚀试验,运用数字化扫描电子显微镜对腐蚀试件进行图像采集,并进行图像灰度分析,研究钢绞线细观层次的腐蚀损伤力学行为.探索一种基于图像灰度分析的钢绞线腐蚀疲劳损伤评定方法,以期能更好的评估在役拉吊索服役状况与剩余寿命,为桥梁拉吊索结构检测、养护、更换决策提供科学依据.试验表明:腐蚀使钢绞线塑性降低,脆性增强,而在交变应力和环境腐蚀耦合作用下,试件的塑性降低更多,更易发生脆断.当腐蚀时间为720h时,与无腐蚀试件相比,交变应力工况下试件的断后伸长率下降约50%,破断应力下降较多,个别试件的破断应力下降了约40%,试件发生脆断.静态应力以及无应力工况下腐蚀720h的试件,断后伸长率约为无腐蚀试件的70%.基于图像腐蚀特征,腐蚀时间在120h~240h,各工况下的腐蚀试件抗拉强度变化不大,说明钢绞线镀锌层腐蚀阶段,表面腐蚀对其力学性能影响不大;腐蚀时间为360h,交变应力工况相比无应力和静态应力工况下的试件,腐蚀更严重,破断应力有大幅下降的趋势.研究也表明,腐蚀图像能反映钢绞线细观损伤行为,细观的损伤行为又与其承载能力密切相关.腐蚀图像灰度分布、细观损伤以及承载力变化之间存在一定的映射关系.     

双波护栏-汽车碰撞动力响应与吸能机理研究

我国西部山岭重丘区山高谷深,高速公路跨线天桥、弯道及坡道较多,这些特殊路段的防撞设施多采用立柱加密的双波护栏.通过ANSYS/LS-DYNA有限元数值仿真,对加密立柱双波护栏在汽车碰撞作用下的动力响应进行了研究,分析了双波护栏的碰撞能量转换与吸能机理,结果表明加密立柱的双波护栏对车辆碰撞具有良好的吸能、导向作用.     

湿热环境下聚乙烯拉索护套应力-光氧老化性能

为探究服役环境下斜拉索HDPE护套的老化性能,开展了不同应力水平与环境耦合作用下的人工加速老化试验。通过电子万能试验机得到HDPE护套应力-应变曲线、断裂伸长率、拉伸强度和腐蚀失重等力学性能指标,揭示了HDPE护套的力学性能在湿热环境和荷载耦合作用下的宏观衰变规律,并借助工业电子显微镜从微观角度展示了HDPE护套损伤特征,推演了HDPE护套长期性能从宏观尺度向微观尺度发展的进程。研究表明：随着HDPE护套不断老化,其表面依次出现污渍、黑点、裂纹等损伤形式,致使其断裂强度、拉伸强度和断裂伸长率与老化时间呈指数衰减趋势;随应力水平的提高,衰减速率将进一步加快,尤其是耦合应力6.0MPa的试样,其断裂强度、拉伸强度和断裂伸长率的下降程度高达42.07%、23.62%和27.56%。     

桥梁随机载荷数据采集和数值模拟

考虑了随机过程的分布函数和功率谱密度函数,采用非高斯过程的数值模拟方法对某桥梁车辆荷载实行再现,模拟结果表明,这一方法很好地处理了从交通流量到试验载荷谱的转换,完成了交通流量时域到频域的转换。     

A DAMAGE ACCUMULATING MODELING OF FAILURE WAVES IN GLASS UNDER HIGH VELOCITY IMPACT

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｈｅｆａｉｌｕｒｅｗａｖｅｉｓａｓｐｅｃｉｆｉｃｆａｉｌｕｒｅｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎｏｃｃｕｒｒｉｎｇｉｎｇｌａｓｓｍｅｄｉａｕｎｄｅｒｃｒｉｔｉｃａｌｉｍｐａｃｔｌｏａｄｉｎｇｗｉｔｈｈｉｇｈｓｔｒａｉｎｒａｔｅ (ｖ≥ 1 2ｋｍ/ｓ, ε≥ 1 0 5 /ｓ) .ＩｔｗａｓｆｉｒｓｔｏｂｓｅｒｖｅｄｉｎＫ1 9ｇｌａｓｓｐｌａｎａｒｉｍｐａｃｔｔｅｓｔｓｉｎ 1 991ｂｙＲａｓｏｒｅｎｏｖ[1]ｔｈａｔｔｈｅｒｅｅｘｉｓｔｓａｆａｉｌｕｒｅｌａｙｅｒｐｒｏｐａｇａｔｉｎｇａｔａｌｏｗｅｒｓｐｅ…