不同应变速率条件下不同尺寸混凝土单轴试验应力应变分析

针对建筑工程中混凝土单轴抗压速率特性的尺寸效应问题,利用10 MN大型多功能静动力三轴仪做了混凝土材料在不同尺寸(150、300、450mm立方体)和不同应变速率(10-5、10-4、10-3、10-2/s)下的单调压缩试验,分析了不同应变速率、不同试件尺寸下的混凝土峰值应力、应变等变化规律,并在此基础上,运用数学统计理论建立了考虑尺寸效应的混凝土动态本构模型,对模型中相关参数与应变速率的相关性进行了分析。     

自然状态和饱和水状态混凝土峰值应力、峰值应变及弹性模量的对比分析

为了研究湿态混凝土的力学性能,对不同应变速率(10-5、5×10-5、10-4s-1)、不同围压(0、4、8 MPa)下自然湿度和水饱和混凝土做了常三轴压缩试验,并对比分析了两种湿度混凝土在三轴试验下的峰值应力、峰值应变及弹性模量的变化情况。结果表明,在相同围压、相同应变速率下,水饱和混凝土峰值应力较自然湿度混凝土小,弹性模量较自然湿度混凝土大,两种湿度混凝土峰值应变变化无明显规律。围压对湿态混凝土抗压性能影响大于应变速率对湿态混凝土抗压性能的影响。     

冻融劣化混凝土冰冻状态下单轴动态劈拉力学性能研究

为研究冻融劣化混凝土冰冻状态下的动态力学性能,利用10 MN动静三轴仪对经历不同冻融循环次数(0、10、20、30、40次)后冰冻状态下的混凝土进行不同应变速率(10-5、10-4、5×10-4、10-3、5×10-3/s)下的单轴劈拉加载试验,分析了冰冻状态下混凝土的峰值应力、峰值应变和弹性模量随应变速率和冻融循环次...     

考虑围压的混凝土损伤特性试验研究

为了研究水饱和状态混凝土在不同围压下(0、2、5、10 MPa)的损伤特性,对直径150mm、高300mm的圆柱体混凝土试件进行了三轴压缩试验,并定义损伤变量D,选用Weibull-Lognormal损伤本构模型分析了常三轴下不同水围压对混凝土损伤特性的影响。结果表明,0 MPa饱和水环境与干燥无水压下混凝土的损伤变量走势大致相同;应变为4×10-3时,损伤变化差值达到峰值;应变为7×10-3时,损伤达到同一水平为0.81;应变到达4×10-3之前,损伤变量的增长速率逐渐增大;应变在4×10-3~7×10-3之间时,损伤变量增长速率较大并基本恒定不变;应变超过7×10-3时,损伤变量增长速率逐渐减小。     

循环孔隙水压后的混凝土动态损伤特性研究

利用10MN大型多功能静动力三轴仪对经历不同循环孔隙水压(0、1、3、5、7 MPa)作用后的混凝土进行不同应变速率(10~(-5)、10~(-4)、10~(-3)s~(-1))下的压缩试验,分析其力学特性,并基于改进的能量法损伤表达式研究了不同应变速率对混凝土损伤发展的影响。结果表明,当应变速率较低时,混凝土的峰值应力、峰值应变随循环孔隙水压力值的增大呈减小趋势,损伤曲线比较分散,且增加循环孔隙水压力混凝土损伤将提前;当应变速率较高时,峰值应力、峰值应变呈现不同程度的上升,曲线较为集中,增加循环孔隙水压力使混凝土的损伤发生滞后。     

不同应变速率及侧压力下混凝土破碎率的变化规律分析

对边长为300mm的立方体混凝土试件进行了三种应变速率(10-5、10-4、10-3/s)和三种侧压力(0、0.06fc、0.18fc)下的双轴压缩试验,采用标准筛对试验完成后的混凝土碎块进行筛分、称量,并定义某粒径范围的碎块质量与混凝土总质量的比值为混凝土在该粒径范围的破碎率φk,进而分析了不同应变速率、侧压力对混凝土破碎率的影响,获得了混凝土破碎率的变化规律,为分析混凝土破碎机理提供了新的思路。     

动态三轴压缩下混凝土的能量演化规律

为探究复杂应力状态下混凝土变形破坏过程中的能量演化规律、揭示混凝土变形破坏的本质特征，利用静动力三轴仪进行不同应变速率(10^-5、10^-4、10^-3、10^-2/s)与不同侧向围压下(4.5、6.0、9.0、12.0 MPa)的混凝土三轴动态力学试验，研究了动态三轴压缩下混凝土的总能量密度、弹性应变能密度和耗散能密度随轴向应变的演化规律，进一步分析了应变速率和侧向围压对混凝土能量演化规律的影响。结果表明，随轴向变形的增加，混凝土的总能量密度和耗散能密度呈非线性增加，弹性应变能密度先增大后减小。应变速率和侧向围压的增大均提高了混凝土的单位储能极限，且混凝土的储能极限表现出较强的速率敏感性；储能极限与侧向围压近似呈线性关系；随侧向围压的增大，混凝土储能极限的速率敏感性呈降低趋势。     

双轴受压下混凝土动态力学特性试验研究

为了解双轴受压下混凝土动态力学特性,采用真三轴材料试验机,对边长为300 mm的立方体混凝土试件在应变速率为10-5、10-4、10-3s-1下进行双轴动态受压试验,研究了双轴受压下混凝土的抗压强度、弹性模量、峰值应变等力学特性,并与单轴压缩试验进行了比较。结果表明,双轴应力状态下的力学参数与单轴应力状态时相比均有所提高,且双轴受压时混凝土的各项力学参数受侧压力和加载速率的共同影响,并呈现出不同的变化规律。     

不同温度和应变率下水工沥青混凝土细观能量演化研究

为揭示水工沥青混凝土在不同温度和应变率下的细观能量演化规律,基于离散元颗粒流程序(PFC3D),根据试件中骨料级配建立三维细观随机骨料模型,利用该模型对不同温度范围应变率条件下的水工沥青混凝土单轴受压试验进行离散元研究。分析水工沥青混凝土破坏全过程中细观能量演化特征,探讨温度和应变率对应变能和耗散能演化特征的影响,从细观层次研究能量演化的机制。研究结果表明,在破坏过程中粘结应变能和线性应变能随变形增大而增大,摩擦耗散能和阻尼耗散能随变形增大而增大;应变率为10-4s-1时,温度从10℃降低至-20℃,应变能储能极限提高11.46倍,能量耗散量提高6.37倍,温度为0℃时,应变率从10-5s-1提高至10-2s-1,应变能储能极限提高6.37倍,能量耗散量提高3.71倍,应变能和耗散能随温度降低和应变率提高而增大。     

湿态混凝土常规三轴压缩试验研究

为了研究水饱和情况下混凝土性能(相比于自然湿度混凝土)的变化情况,对不同应变速率时的自然湿度和水饱和混凝土做了常规三轴应力作用下的抗压试验,得到了不同湿度混凝土的应力应变全曲线,分析了不同湿度混凝土的峰值应力与应变、割线弹性模量,并基于损伤力学研究了混凝土的力学损伤特性。研究结果表明,常规三轴压缩状态下水饱和混凝土相同应变所对应的应力值较自然湿度混凝土小,即相同应变作用下水饱和混凝土较自然湿度混凝土破坏严重,这种状态将一直持续到混凝土破坏为止。     

冻融循环对混凝土静态双轴受压力学特性的影响

对不同冻融劣化程度的混凝土进行了不同侧压(0、0.06f_c、0.12f_c、0.18f_c、0.24f_c,其中f_c为单轴抗压强度)下的静态(应变速率10~(-5)/s)单双轴压缩试验,分析了冻融次数和侧压力大小对混凝土的峰值应力、峰值应变及弹性模量的影响。结果表明,混凝土的单轴和双轴抗压强度均随冻融次数的增加而减小;冻融次数越多,混凝土峰值应力随侧压的增加,其增幅越大;混凝土单轴受压时的峰值应变随冻融次数的增加而增大;相同冻融次数的混凝土,其峰值应变随侧压的增加呈先增大后减小的趋势,冻融次数越多,峰值应变的拐点所对应的侧压越小,侧压对混凝土峰值应变的敏感性受冻融次数的影响越显著;混凝土的弹性模量随冻融次数的增加逐渐减小;混凝土未冻融时,弹性模量随侧压的增加而增大,而冻融劣化的弹性模量随侧压的增加无明显改变。     

应变率效应对混凝土力学性能影响的细观仿真分析

针对混凝土结构在使用过程中经常会遭遇动荷载作用且作为一种率敏感性材料的动态力学性能将直接影响结构的承载力问题,从细观层次出发,结合试验实测的混凝土各组分静动态应力—应变曲线,拟合了混凝土各组分不同应变率下的本构模型,采用自主开发的混凝土非线性有限元软件,对混凝土试件轴拉试验细观数值进行了仿真,探讨了混凝土抗拉强度、弹性模量随应变率的变化规律。结果表明,混凝土抗拉强度和弹性模量均随应变率的增加而增加,但弹性模量的率敏感性低于抗拉强度的率敏感性,且计算结果与试验结果相吻合。     

混凝土双轴受压动态强度准则

针对混凝土在不同应变速率下的动态强度特性,在已有试验数据的基础上,提出了一种新的混凝土双轴受压动态强度准则,考虑了混凝土强度等级和侧压应力水平对应变速率效应的影响,通过拟合分析试验数据确定了模型中的有关参数,从而预测了混凝土双轴动态强度。对比分析结果表明,新的动态强度准则与试验数据吻合较好,可作为工程实际应用的参考。     

不同种类混凝土冻融循环后双轴压压统一强度准则

针对混凝土遭受冻融循环作用后强度降低导致寒冷地区混凝土结构耐久性和安全性不足的问题,基于已有的大量试验数据,以混凝土冻融损伤后的单轴抗压强度衰减规律为参数,对不同种类混凝土建立了考虑冻融循环次数影响的双轴压压统一强度准则,并与前人试验研究结果做了对比分析。结果表明,本文建立的统一强度准则能较好地预测混凝土冻融循环后的双轴抗压强度,为寒冷地区混凝土结构的安全性分析提供了参考。     

光纤传感器不同布设方式对应变传递的影响分析

为对比不同光纤传感器布设方式对光纤应变传递率的影响,分别建立表贴式和埋入式两种光纤与被测结构的应变传递模型,推导相应的传递系数,通过有限元模型分析验证传递系数的准确性,并基于埋设长度进行敏感性对比分析。结果表明,当埋设长度为1m时,两种方式下光纤中段80%以上区域应变传递率接近1,基体应变均可有效传递至纤芯,两种布设方式均适用于类似结构。光纤两端区域传递率存在不同程度的降低,与埋入式相比,表贴式光纤的两端传递效率低的区域范围更大。敏感性分析表明,随着长度增加,光纤与基体之间的平均应变传递率增高,埋入式始终高于表贴式。因此,对于小型被测基体,布设埋入式光纤更合理;考虑施工及检修,表贴式适合应用于已建大型结构。     

Dynamic behavior and modeling of prismatic lithium-ion battery

The inevitable vehicle collision has made the safety of lithium-ion battery (LIB) carried by electric vehicles (EVs) a problem that restricts the further and large-scale promotion of EVs. Therefore, establishing the numerical mechanics model of LIBs and studying their mechanical integrity are imperative. In this study, we design indentation, compression, and drop-weight experiments for prismatic LIBs (PLIBs). Mechanical integrity and internal short circuit are analyzed in consideration of state of charge (SOC) and dynamic effects. A homogeneous PLIB model that considers anisotropic property, SOC, and dynamic effects is developed for the first time for application in different loading conditions. After its effectiveness is validated, the affecting parameters (ie, SOC and impact velocity) of the mechanical behaviors during dynamic loadings are investigated using the established model. The results show that strain rate effect and SOC state have impact on the mechanical properties of PLIB. However, the strain rate effect has much larger influence than the SOC state. Results may shed lights on the safety design of PLIBs in a mechanical aspect.     

低温环境中水工沥青混凝土动态抗压性能研究

为研究低温环境中水工沥青混凝土在地震作用下的动力特性及破坏模式,在不同温度和应变率下对水工沥青混凝土现场芯样进行了动态抗压试验,深入分析了温度和应变率对水工沥青混凝土的破坏形式、应力应变特性、峰值应力及弹性模量等力学性能的影响。结果表明,随着应变率的增加,水工沥青混凝土的破坏模式由微裂纹破坏、拉剪破坏过渡至劈裂破坏,应力应变曲线由应变硬化型向应变软化型转变,抗压强度和弹性模量也随之增大;随着温度的降低,水工沥青混凝土强度和刚度明显增大,具有明显的低温硬化效应。此外,基于试验结果建立了沥青混凝土的动态本构模型,该模型参数较少且与试验结果吻合度较高,具有一定的实用性。