矿渣活性粉末混凝土受压应力-应变特征研究

矿渣活性粉末混凝土是活性粉末混凝土(RPC)的改良品种。对于不同掺量的矿渣RPC以及钢纤维增强RPC等材料的抗压应力-应变的特征进行了分析和研究。实验结果表明,该材料受压应力-应变存在明显的阶段性和规律性,在宏观上反映了材料在受压破坏过程中微裂纹的扩展情况;矿渣掺量的增加可以在一定程度上改善材料的韧性;掺入钢纤维可以阻止材料发生瞬间崩溃,且在达到极限荷载以后,仍能保持相当高的承载能力。并在实验分析的基础上建立起矿渣RPC的受压应力-应变曲线模型。     

损伤钢筋混凝土梁受力性能计算分析

在双线性简化模型基础上,提出了新的混凝土损伤变量方程及损伤混凝土的应力-应变关系曲线方程,本文的混凝土损伤模型考虑了应力峰值前的损伤,损伤变量D值在应力峰值处连续.运用该模型推导了混凝土矩形截面梁的正截面承载能力表达式,并与弹性梁的承载力进行了对比,分析了不同损伤状态下混凝土截面的应力分布规律及相应的承载能力.     

不同本构模型对压弯截面分析的模拟

根据混凝土受压应力-应变的常用曲线方程,对压弯截面压区混凝土应力图形进行矩形等效,推导出等效矩形应力图形参数的一般表达式。选取GB50010—2002《混凝土结构设计规范》、欧洲规范以及Hognestad三者建议的应力-应变模型,计算得到各模型的等效参数值,并在此基础上对比分析了各模型截面压弯承载能力理论结果与试验结果的关系。分析表明,3种模型的应力-应变关系对截面承载能力影响不大,欧洲规范模型的理论值略大于其它两个模型的5%;各模型承载能力的理论值与试验结果均吻合较好。     

棉花秸秆水泥基砌块材料单轴受压性能研究

配置3种不同强度等级棉花秸秆水泥基砌块,进行单轴受压试验。研究棉花秸秆水泥基砌块在单轴受压状态下的破坏过程与形态,分析材料抗压强度、弹性模量、泊松比、应力-应变全曲线、峰值应变、极限应变等单轴受压力学性能;提出3种不同强度等级棉花秸秆水泥基砌块材料的应力-应变全曲线本构方程,并与普通混凝土砌块的应力-应变全曲线对比。结果表明:棉花秸秆水泥基砌块材料呈剪切破坏;棉花秸秆在水泥基砌块中的拉结作用提高了材料的残余强度与稳定承载能力;用两段式方程对棉花秸秆水泥基砌块应力-应变全曲线进行拟合的结果与试验结果吻合较好。     

混凝土多轴非线性本构模型的研究

通过大量试验,测得了混凝土在单轴应力状态及在5种不同应力比下的双轴应力状态的应力-应变关系.论述了Jones-Nelson-Morgan模型的构成原理及其参数的确定方法,首次将这个模型,用于混凝土材料的本构关系分析,结合混凝土的单轴试验结果,建立了混凝土的非线性本构模型,该模型的特点是材料的力学性能只为应变能的函数,使材料模型可以方便地应用于复杂应力状态.利用广义虎克定律,将模型推广应用于混凝土双轴应力状态的本构关系分析,获得了与试验结果符合较好的理论模型.     

花岗岩材料在动态压应力作用下力学特性的实验和模型研究

 博士学位论文摘要　岩石材料动态力学特性是评价岩石结构在爆炸以及地震载荷作用下稳定性的重要参数, 是国防和民用防护工程研究的基本资料, 具有重要的学术价值和应用价值。对花岗岩材料在动态压应力(单轴和三轴) 作用下的力学特性进行了较系统的实验和理论研究。首先通过实验研究了花岗岩材料的动态断裂特性以及在单轴和三轴动态压应力作用下的强度以及变形特性。结果表明, 花岗岩的动态断裂韧度随加载速率的增加以及加载时间的减小而增加。在单轴情况下, 花岗岩的抗压强度随应变速率的增加而增加, 杨氏模量以及泊松比随应变速率的变化很小。在三轴情况下, 花岗岩的抗压强度也随应变速率的增加而增加, 强度的增加幅度随围压的增加有减小的趋势, 杨氏模量以及泊松比随应变速率的变化不大; 花岗岩的杭压强度随围压的增加明显增加, 在不同的应变速率下具有相同的趋势, 花岗岩的杨氏模量以及泊松比随围压的增加有小幅度的增加趋势。在实验研究的基础上, 应用滑移型裂纹模型对花岗岩材料在压缩应力作用下的力学特性进行了理论研究。在单轴情况下, 采用一组与轴向应力平行的滑移型裂纹系列模拟岩石材料的劈裂破坏模式同时考虑裂纹间的相互作用。根据裂纹的动态扩展准则以及能量平衡理论, 得到了不同应变速率下花岗岩的理论强度值以及应力应变关系, 这些理论结果与实验结果符合得非常好。本部分的研究还表明, 在动载荷作用下, 裂纹的扩展速率以及岩石材料的动态断裂韧度的率相关特性导致岩石材料的单轴抗压强度随应变速率的增加而增加。当应变速率为10- 4～ 100S- 1范围时, 裂纹的扩展速率对岩石材料的破坏影响可以忽略, 岩石材料的抗压强度随应变速率的增加仅仅由于岩石材料的动态断裂韧度的率相关特性造成。在三轴情况下, 用一组与轴向应力成一定夹角的滑移裂纹系列模拟岩石材料的剪切破坏模式, 并根据虚拟力方法得到了该裂纹系列的应力强度因子表达式。根据动态裂纹扩展准则以及能量平衡理论, 也得到了不同围压以及不同应变速率下花岗岩的理论强度值以及应力应变关系。结果表明, 花岗岩的抗压强度以及应力应变关系随应变速率的变化规律与实验结果符合得比较好。模型结果还表明, 由模型得到的强度以及应力应变曲线随围压的变化规律在较低围压时(小于110M Pa) 与实验结果符合得比较好。本项研究在实验研究的基础上, 创新性地从研究岩石内部固有的微裂纹在动载荷作用下的扩展聚合特性入手, 结合细观力学以及动态断裂力学的相关理论, 揭示了花岗岩的率相关特性机理, 初步建立了岩石材料宏观动态力学特性与岩石内部固有的裂纹动态扩展特性的关系以及岩石材料强度与应变速率的关系和率相关的岩石材料本构模型, 构筑了系统研究岩石材料率相关特性的基本框架。     

钢筋混凝土楼板均质化有限元模型

根据已有的钢筋混凝土楼板实验数据,首次提出一种采用假设的非线性均质材料、壳元模型,能够在结构整体分析中模拟钢筋混凝土楼板。首先,提出假设材料的参数化应力-应变关系,然后根据已有实验数据标定公式中参数,进而给出模拟各种强度等级混凝土楼板的材料应力-应变关系。通过计算结果与实验数据对比,证明该模型可以很好地模拟钢筋混凝土楼板的平面内非线性行为,并且在结构整体有限元分析中易于收敛。     

岩石材料变形的稳定性分析及破坏形式的分叉分析

材料的非稳定性分析及局部化剪切带分叉分析是当前固体力学研究的前沿课题.本文试图将二者引入到岩石力学研究中,从理论上解决两个问题第一是岩石材料在峰值点后的变形稳定性问题;第二是岩石材料在单轴压缩及常规三轴压缩应力状态下的破坏形式问题.为此,首先建立了岩石材料的应变软化损伤模型,用于这两个问题的分析;其次运用经典稳定性问题的能量准则分析了获得岩石材料应力-应变全过程曲线的条件及岩石材料在峰值点后的损伤变形稳定性问题;最后,采用弹塑性材料的不连续分叉准则分析了岩石材料在单轴压缩及常规三轴压缩应力状态下的破坏形式.根据上述内容,全文分为3个部分,各个部分的主要工作及成果如下第一部分分析了岩石的基本变形性质,引用Frantziskonis和Desai损伤模型的概念,建立了能够反映岩石材料基本变形性质尤其是应变软化特征的损伤本构模型,并与实验结果进行了对比,证明该模型是适用的.第二部分介绍了结构及材料的稳定性问题的基本概念及基本理论和岩石力学中的稳定性问题及其研究现状.运用稳定性的能量准则,分析了获得岩石材料应力-应变全过程曲线的条件.除了在刚性压力机上,采用位移控制的加载方式,获得岩石材料的应力-应变全过程曲线外,在普通压力机上,如果采取适当的措施,无论是何种加载方式,均能获得岩石材料的应力-应变全过程曲线.运用稳定性的能量准则,分析了岩石材料在峰值点后的变形稳定性问题.证明了岩石材料的峰值点仅是一个分叉点而非失稳点,并提出了分叉点和失稳点的判别方法.模拟计算结果说明上述结论是正确的.第三部分介绍了岩石材料脆性破坏的基本特征及在单轴压缩和三轴压缩应力状态下的破坏形式和弹塑性材料分叉研究的基本理论以及岩土材料分叉研究的现状.采用不连续分叉理论,对岩石材料轴对称问题进行了局部化剪切带分叉分析.结果表明,单轴压缩应力状态下的岩石材料的脆性破坏形式是张破裂的;而常规三轴应力状态下岩石材料的脆性破坏形式是剪切破裂的,不存在张破裂的形式,剪切带方位角随围压的增加而降低.模拟计算结果表明在单轴压缩及低围压三轴压缩状态下,岩石材料的局部化剪切带发生于峰值应力之后,峰值应力点附近.但随着围压的增加,局部化剪切带分叉点将逐步远离峰值点,岩石材料的破坏逐步呈现塑性破坏的特征;当围压增加到一定值时,局部化剪切带将不会发生,此时岩石材料的破坏为塑性破坏形式.     

不锈钢材料的应力-应变模型

不锈钢材料与普通碳素钢的力学性能有较大不同,其应力-应变关系呈显著非线性,且各向异性,因此精确描述不锈钢应力-应变关系是不锈钢构件受力及稳定性分析等相关研究工作的基础.本文回顾了国内外关于不锈钢应力-应变本构模型的研究成果,通过介绍、分析和比较研究指出,Quach三段式应力-应变模型采用Ramberg-Osgood三参数表示,可直接应用现行规范进行结构设计,其准确性已得到相关试验和有限元分析证实.因此,Quach模型是目前可供选用的最佳本构模型.     

浅谈高温条件下钢材的应力——应变模型

简要说明高温下钢材应力应变模型，概述了常用的应力应变模型表达式及其主要考虑的因素和应力应变模型对钢结构抗火分析结果的重要影响，对于这一材料模型，需要进一步的研究。