HJC模型模拟钢筋混凝土侵彻实验的参数研究

运用LS-DYNA程序将表征钢筋的梁单元和表征混凝土的实体单元通过节点耦合进行钢筋混凝土分离建模,数值模拟Hanchak等关于钢筋混凝土靶的穿甲实验,进一步修正HJC模型的参数,在讨论单元失效删除准则的静水压和主应变2种参数对混凝土拉伸破坏影响的基础上,重点对HJC模型关键字参数中的失效类型参数（FS）进行分析,并研究其对混凝土压实破坏的影响。通过改变弹丸侵彻钢筋混凝土靶时的着靶位置,加深了对钢筋在侵彻过程中作用的认识,同时验证该数值模拟方法可行性。所确定的建模方法及参数进一步用于某大质量卵形弹侵彻钢筋混凝土试验的研究工作。     

混凝土板在弹体冲击下的响应试验与数值模拟

混凝土板在刚性弹体垂直冲击下，受到侵彻对击穿，本文用有限元数值模拟了这一过程，得到了弹体击穿靶板后的剩余速度，靶板被击穿后形成的开坑区和层裂区的大小以及靶板中未被破坏部分的应力应变值，并与实弹试验结果及其它分析方法得到的结果作了比较，都较接近。     

普通混凝土HJC本构模型参数确定

Holmquist-Johnson-Cook(HJC)本构模型广泛应用于冲击爆炸作用下混凝土类材料的动态响应分析中。基于已有普通混凝土(单轴抗压强度≤60 MPa)的准静态单轴压缩实验、三轴围压实验、一维SHPB实验和一维平面应变Hugoniot冲击压缩实验数据,确定了一组适用于不同强度普通混凝土材料HJC本构模型的强度参数、率效应参数和状态方程参数取值。基于上述确定参数值通过LS-DYNA有限元分析软件,对十五组普通混凝土(单轴抗压强度13.5~58.4MPa)靶体的刚性弹体侵彻贯穿实验进行了数值模拟。通过与实验中弹体侵彻深度,贯穿残余速度以及弹体过载和靶内径向应力时程结果对比,验证了所确定模型参数的准确性。     

刚性弹体对素混凝土厚靶侵彻响应的LDPM数值模拟研究EI北大核心CSCD

基于一种新的细观离散元模型Lattice Discrete Particle Model(LDPM),该研究建立了刚性弹侵彻素混凝土厚靶的数值仿真模型。对LDPM基本假设和细观模型构建简单介绍,结合三轴压缩响应曲线,对23 MPa强度素混凝土进行LDPM参数标定。通过对比弹体减速度和侵彻深度试验值,验证数值模型对于混凝土厚靶侵彻问题的适用性。LDPM模拟弹体恒定速度侵彻混凝土厚靶,获得侵彻行程中侵彻阻力变化曲线,结合Forrestal阻力公式得到靶体静态阻应力。仿真结果表明,尖卵形弹头不同CRH值以及侵彻速度对靶体静态阻应力基本没有影响;弹径为最大骨料直径3倍、6倍和8倍的弹体受到靶体静态阻应力分别为260 MPa、175 MPa和163 MPa。该结果对混凝土侵彻缩比实验研究具有重要的实际工程意义。     

水工混凝土弥散型裂缝数值模型中开裂判据的研究

重大水利工程中,混凝土结构多处于高水压环境,坝体或多或少存在着裂缝,然而大部分开裂的混凝土坝仍能够安全运行,从而引申出是否可以允许混凝土结构出现裂缝,多大的裂缝才不至于引起破坏,以及用怎样一个合理的指标来对混凝土开裂程度进行描述评判的问题。该文以等效塑性应变表征混凝土弥散型裂缝模型数值模拟中的开裂破坏,通过混凝土单轴拉伸数值模拟,并根据试验资料及相关文献,建立了等效塑性应变与主拉应变、裂缝宽度之间的关系,得到对应于“有害裂缝”的等效塑性应变值。将方法和成果运用到混凝土重力坝的开裂研究中,具有较好的实际工程意义。     

超高性能混凝土抗缩比钻地弹侵彻试验及数值仿真

超高性能混凝土（Ultra-high Performance Concrete,UHPC）是一种具有超高强度、超高韧性和超高抗力的新型建筑材料,系统研究UHPC抗缩比钻地弹侵彻机理,对提高军事防护工程的抗弹体侵彻能力和保障防护工程中人员的生命安全具有重要意义。该文利用弹道滑膛炮对C40普通混凝土和C180 UHPC靶体进行500 m/s和850 m/s的弹体侵彻试验,并采用LS-DYNA软件对侵彻过程进行仿真分析。结果表明:与普通混凝土相比较,超高性能混凝土具备优越的抗侵彻能力,能显著地减小弹体对靶体的损伤,有效减小侵彻深度和限制弹坑深度与弹坑直径;数值模拟过程中确定了超高性能混凝土在动态冲击作用下HJC模型的多个关键参数,模拟侵彻结果与真实试验数据十分接近,表明参数的选取与确定科学合理,为分析UHPC抗弹体侵彻机理提供了详实的数据。     

弹体侵彻刚玉块石混凝土的理论分析模型

根据弹体侵彻刚玉块石混凝土后破坏、变形特征,在Taylor理论的基础上,建立了变形弹体侵彻刚玉块石混凝土靶体的理论分析模型.通过Rang-Kutta法数值解,得到了弹丸侵彻刚玉块石混凝土靶体过程中弹体尾部的位移时程、速度时程和侵彻深度计算公式,计算结果与试验数据吻合良好.     

弹体侵彻混凝土靶板的数值模型

基于细观力学原理,采用离散元软件PFC3D对Hanchak侵彻的部分试验进行了数值建模,使用平行粘结模型来模拟混凝土颗粒之间的接触力和力矩,并通过模拟弹体以不同速度侵彻混凝土靶板,将弹体在不同速度下剩余速度与试验值进行对比分析,数值模拟得到的结果相对于试验值的偏差都在允许范围内,验证了离散元侵彻模型和程序编写及算法的有效性。     

高速侵彻弹体表层侵蚀效应理论计算

高速侵彻混凝土过程中,弹体的侵蚀效应随着撞击速度的提高而愈发显著。基于弹体表层材料热塑性失效机理,分析确定了高速侵彻过程弹体与靶体间摩擦效应和弹体材料塑性应变效应引起的温升。结合弹靶间局部作用情况,根据热传导方程和塑性功转热公式,利用Johnson-Cook本构方程,计算了弹体表层内两种效应引起的温度分布情况。利用临界温度判据,通过差分迭代法,计算得到了弹体表层材料失效厚度,分析不同工况下弹体高速侵蚀侵彻过程,得到了弹体轮廓演化情况,并与已有试验结果进行对比,验证了该模型的正确性。     

弹体对半无限厚混凝土靶侵彻的数值分析

本文采用混凝土的全过程动态计算本构模型,利用拉郎日弹性塑性有限元程序分析了刚性弹体侵彻半无限厚混凝土靶的深度与弹重、着靶速度、弹头形状、弹体长径比等之间的关系,并分析了弹体侵砌混凝土靶的过程中弹体的结构响应。     

基于pushover方法分析的受腐蚀钢筋混凝土柱抗震性能评价

根据先前对受腐蚀钢筋混凝土偏心受压构件低周反复性能的试验研究结果,提出了构件滞回耗能与钢筋锈蚀率的关系,结合先前提出的受腐蚀构件的恢复力骨架曲线的计算模型,采用pushover方法对地震作用下的受腐蚀钢筋混凝土构件的变形性能进行了分析,得到钢筋锈蚀率与结构弹塑性变形的关系。分析结果表明,随着钢筋锈蚀率的增大,钢筋混凝土构件的变形呈非线性增大,地震强度越大,结构变形随钢筋锈蚀率增加的越快。在规定的变形要求下,随钢筋锈蚀率的增大,结构可承受的地震作用呈非线性降低,钢筋锈蚀越严重,构件在相同变形下承受地震作用的能力越弱。     

不同加载条件下钢筋混凝土构件力学特性及影响规律研究

基于OpenSees中的BeamwithHingesElement单元,采用直接在截面层次上定义线弹性剪切恢复力模型,引入零长度单元利用粘结滑移材料模拟构件末端粘结滑移,考虑P-D效应引起的几何非线性,钢筋材料采用能精确模拟钢筋低周疲劳损伤与开裂现象的Mohle-Kunnath本构模型,分析构件在不同加载历史条件下的力学特性。研究构件在单调加载、非对称循环加载、对称循环加载条件下构件的力学特性,并进一步分析构件在不同循环周数条件下对称、非对称加载时构件的力学特性及钢筋材料应变随位移加载历史的变化特点,分析结果表明,钢筋混凝土框架柱在循环加载条件下的构件刚度退化、强度退化现象明显,构件的损伤程度随着剪跨比的降低和轴压比的增大逐渐加剧,构件随着循环周数的增加损伤程度更明显,钢筋材料应变随着循环周数的增加变化明显,随着轴压比增加和剪跨比的降低,构件刚度退化与强度退化随循环周数的增加更显著,钢筋应变同样有一定程度增加。     

钢骨混凝土异形柱-钢梁节点抗震性能试验研究

为了研究钢骨混凝土异形柱-钢梁节点的抗震性能,进行了4个T形钢骨混凝土柱-钢梁节点和4个L形钢骨混凝土柱-钢梁节点的拟静力试验。试验考虑了混凝土强度等级、核心区配箍率和轴压比等参数的影响,对骨架曲线、承载力、核心区剪切变形、延性和耗能能力等抗震性能指标进行了分析。结果表明,在低周往复荷载作用下,钢骨混凝土异形柱-钢梁框架节点滞回曲线饱满,表现出良好的延性性能和耗能能力,典型破坏形态为节点核心区剪切斜压破坏和节点区焊缝失效破坏;高轴压力下节点具有较高的承载能力但延性性能降低;混凝土强度越高,节点承载能力越大,但延性性能越差;增大核心区配箍率对试件的延性和承载力有明显的提高,并能改善试件屈服后的耗能能力。     

骨料粒径对混凝土动态拉伸强度及尺寸效应影响分析

骨料粒径是影响混凝土力学性能及破坏机理的重要因素。从细观角度出发,将混凝土看作由骨料颗粒、砂浆基质及界面过渡区组成的三相复合材料,考虑细观组分的应变率效应,建立了混凝土动态拉伸破坏行为研究的细观力学分析模型,模拟研究了不同骨料粒径下混凝土动态拉伸破坏行为,并揭示了动态拉伸强度的尺寸效应规律。研究表明:低应变率下骨料不发生破坏,骨料粒径对混凝土动态拉伸破坏模式及拉伸强度影响显著,且拉伸强度的尺寸效应随骨料粒径的减小而削弱;高应变率下裂缝将贯穿骨料,骨料粒径的大小对混凝土动态拉伸强度及尺寸效应影响可忽略。最后,结合应变率效应的影响机制,建立了混凝土拉伸强度的"静动态统一"尺寸效应理论公式,该公式可以较好描述各骨料粒径下混凝土动态拉伸强度与试件尺寸的定量关系。     

钢筋混凝土微平面本构模型及其算法研究

阐述文献[1]的第二部分。第一部分在Ba ant Z.P.等人提出的混凝土微平面模型的基础上引入钢筋的影响提出了一个适用于配筋混凝土的微平面动态本构模型。混凝土模型采用能够反映各种复杂受力行为并被试验充分验证的微平面模型,钢筋采用Cowper-Symonds型率相关的双线性模型。该模型可用于钢筋混凝土的静力和动力显式分析。这一部分将给出模型的显式算法和试验验证。     

高温下地聚合物混凝土损伤演化及动态本构模型研究

采用高温SHPB试验系统对高温下地质聚合物混凝土(Geopolymeric Concrete, GC)损伤演化规律及本构模型进行试验研究。结果表明,高温下GC主要力学性能指标呈显著的应变率强化效应及温度弱化效应;利用波阻抗衡量GC的高温损伤可行、有效,所得损伤演化规律能较好表征GC损伤实际情况;以静力本构模型为基础,通过引入应变率强化因子及温度弱化因子构建GC动态损伤本构模型,通过试验结果标定参数,可获得较准确的地质聚合物混凝土动态损伤本构模型。     

基于性能的耐久性损伤RC构件时变抗震设计方法研究

采用基于性能的抗震设计方法,考虑典型耐久性环境的影响,以及时变地震作用,探讨基于性能的耐久性损伤钢筋混凝土构件时变抗震设计方法。通过构件变形能力进行量化处理,建立了使用年限内典型耐久性环境下,构件破损指标、相对受压区高度、配箍特征值及曲率延性的量化关系式。对耐久性退化钢筋混凝土构件抗震设计时,应根据使用年限及耐久性环境,通过性能目标来调整构件设计要求,建议对规范配箍特征值、最小配筋率及相对界限受压区高度等抗震设计指标进行调整。以一般大气环境为例,给出了典型耐久性环境下,构件抗震设计时的最小配筋率和最小配箍率调整系数,以及不同抗震等级下的相对受压区高度在不同设计使用年限内的限值要求。     

基于压电阻抗技术监测混凝土强度发展的实验研究

本文基于压电阻抗（EMI）监测技术,对混凝土立方体标准试块的强度发展进行了监测。制作3种不同配合比的标准试块,将压电片粘贴于标准试块表面和埋置于体内,用精密阻抗分析仪HP4294A提取压电片在不同养护龄期时的电导纳信号,并测试相应标准试块的抗压强度。试验结果表明,随着混凝土养护龄期的增长,表面粘贴和体内埋置两种压电片的电导频谱均发生了变化,但是变化形式不同。对表面压电片,得到了其共振频率的变化量与标准试块抗压强度之间的定量对应关系;对内置压电片,通过引入指标δ建立了电导频谱与标准试块抗压强度的定量关系。本文工作表明采用EMI技术监测早龄期混凝土在硬化过程中强度发展是一种可行且可靠的无损检测方法。     

基于非线性声场调制的混凝土微裂纹检测实验研究

混凝土微裂纹的产生和发展对于核电站、水库等特殊混凝土结构的耐久性有较大影响,基于非线性声场调制理论,提出边带峰计数法及损伤指标概念,以评估混凝土微裂纹发展。通过碱-骨料反应方式制备微裂纹,对水泥砂浆试件和混凝土试件累积微裂纹及持续性微裂纹的检测结果表明,损伤指标随微裂纹的发展而增大,与理论研究吻合。证明了所提方法的可行性。对同龄期不同水灰比混凝土微裂纹的检测试验发现,损伤指标峰值随水灰比的增加而增大,说明适当范围水灰比内,混凝土碱-骨料反应程度因水灰比的增加而增大。     

冲击荷载作用下早强EPS混凝土的力学性能

采用&;#61542;100mm分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar,简称SHPB）试验装置,对养护龄期分别为12h、24h和36h的早强聚苯乙烯混凝土（EPS）进行了冲击压缩试验,得到了相应的应力-应变曲线,并与养护龄期为28d的聚苯乙烯混凝土（EPS）的应力-应变曲线进行比较。结果表明：养护龄期为36h、28d的EPS混凝土随着应变率的增加,其冲击压缩强度也相应增加;养护龄期为12h、24h的EPS混凝土随着应变率的增加,其冲击压缩强度变化不明显。另外,还研究了试件动态抗压强度与平均应变率的关系和养护龄期对动态抗压强度的影响,证明了EPS混凝土的抗冲击性能随养护龄期的增长而增加。