混凝土桥梁护栏的汽车碰撞有限元模拟及分析

从护栏与汽车的接触角度入手,用计算机仿真的方法系统研究混凝土桥梁护栏的汽车碰撞问题。以数值分析软件LS-DYNA为平台,构建了护栏–汽车的有限元模型,模拟再现混凝土护栏的汽车碰撞过程,从碰撞形态、碰撞速度等角度分析有限元计算结果,通过改变不同的仿真参数(碰撞条件),研究碰撞中的汽车动态响应和护栏的碰撞特性。     

混凝土断裂过程区长度计算方法研究

该文基于粘聚裂缝概念,以起裂韧度作为裂缝起裂和扩展的准则,提出了混凝土断裂过程区长度的计算方法。以Ⅰ型裂缝为例,计算了不同初始缝长和起裂韧度情况下的断裂过程区长度值,结合以往大体积混凝土的试验数据对其进行了验证。进而分析了断裂过程区长度的影响因素,结果表明:断裂过程区长度随初始缝长的增大而逐渐增大,随起裂韧度的增大而逐渐减小。     

带裂缝混凝土氯离子扩散及碳化特性试验研究

针对带裂缝混凝土的氯离子扩散作用及碳化特性进行了试验分析,利用无损裂缝制备装置,预制了不同深度、厚度及不同间距的带裂缝混凝土试件,分别进行了氯盐溶液浸泡试验及快速碳化试验,并对二者的耦合作用进行了研究.得到了裂缝宽度、深度、裂缝间距及水灰比等因素对带裂缝混凝土试件氯离子扩散作用和碳化特性的影响,且随着碳化时间的增加,带裂缝混凝土试件的氯离子扩散深度减小,氯离子扩散对混凝土的抗碳化性能起到了一定的提高作用.     

BTRC加固砖墙平面内抗剪力学性能及其增强机理研究

为研究玄武岩纤维编织网增强混凝土(BTRC, basalt textile reinforced concrete)加固砖墙的抗剪性能及其增强机理，对BTRC加固砖墙进行了对角剪切试验研究，考察了单双侧加固、纤维编织网层数以及砌筑砂浆强度对抗剪性能提升效果的影响。试验结果表明：BTRC与砖墙协同工作良好，墙体的抗剪强度、刚度及变形能力显著提高；相同纤维编织网层数下，双侧加固优于单侧；随着纤维编织网层数的增加，双侧加固效果逐渐提升，而单侧加固效果无明显变化；对于低强度砂浆砌筑的墙体，BTRC亦可将墙体的灰缝滑移破坏模式转变为具有多缝开裂特征的对角拉伸破坏，加固效果显著。结合试验结果分析了BTRC加固砖墙受剪破坏过程的受力特征，提出了约束增强机理。基于试验结果和增强机理对BTRC加固砖墙的抗剪承载力计算方法进行了研究。     

定向钢纤维水泥基材料Ⅰ-Ⅱ复合型断裂性能研究

通过不同预制裂缝位置的三点弯曲梁断裂试验,研究了定向及普通乱向钢纤维水泥基材料Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝的断裂特性.利用试验测得的荷载-裂缝口张开位移曲线以及荷载-挠度曲线,分析了钢纤维水泥基材料复合型裂缝扩展的全过程.结果表明,定向钢纤维水泥基复合材料的断裂性能明显优于普通乱向钢纤维水泥基复合材料;在本试验裂缝偏移距离范围内(0～100 nm),随着预制裂缝偏移距离的增加,起裂角、起裂荷载、峰值荷载逐渐增大,而断裂能逐渐降低;随着起裂角的增加,定向钢纤维水泥基材料的增强效果有所降低,当起裂角达到33°～43°,降低幅度较为明显.     

钢纤维水泥基复合材料断裂的K R曲线研究

基于Wallin阻力曲线模型,结合纤维增强复合材料断裂理论,提出了钢纤维水泥基复合材料的K-R曲线模型.通过定向与乱向两种纤维分布形式以及不同尺寸的预制缺口三点弯曲梁断裂试验,验证了K-R曲线模型的合理性与适用性.结果表明:K-R曲线模型能够有效描述不同钢纤维分布形式下水泥基复合材料的断裂过程,且理论预测的峰值荷载与试验结果偏差较小.该模型可为钢纤维水泥基复合材料的断裂参数尺寸效应研究提供新方法.     

利科有限元分析软件开发

针对现有的通用CAE分析软件不能满足水工结构和岩土工程领域数值分析的需求,国内外还没有一款功能较完备的水工结构和岩土工程通用的CAE软件的问题,开发出面向水工结构和岩土工程设计、咨询、科研与高等教育的专业有限元分析软件——利科有限元分析软件(LinkFEA).计算模块的设置主要满足该领域中坝、闸、隧道和地下洞室、各类岩质土质边坡等中的渗流场、温度场、应力场(或位移场)及这3个场之间的耦合计算和结构安全性分析需求.前处理模块的功能有几何建模、有限元网格生成以及材料参数、载荷、初始条件和边界条件的设定等;后处理模块包括强度分析、渗透稳定性分析、边坡稳定分析和洞室围岩稳定性分析等,有限元计算结果和分析结果都能以等值线图或云图显示.LinkFEA已经过国内多个工程的渗流和应力(变形)计算的检验.     

钢纤维对水泥基复合材料抗起裂特性的影响

通过不同钢纤维体积分数及不同试件尺寸的预制缺口三点弯曲梁断裂试验,研究了普通乱向及定向钢纤维增强水泥基复合材料的抗起裂特性。利用试验测得的荷载-裂缝口张开位移曲线,分析了钢纤维对水泥基复合材料断裂性能的影响,并基于线性相关系数陡降法计算了起裂韧度。结果表明,定向钢纤维增强水泥基复合材料的起裂韧度明显高于普通乱向钢纤维增强水泥基复合材料;起裂韧度随钢纤维体积分数的增加而逐渐增大,当钢纤维体积分数达到0.9%左右时,定向钢纤维增强水泥基复合材料的起裂韧度值趋于稳定;在本试件高度范围内(40~100mm),起裂韧度随试件尺寸增加而逐渐增大,且定向钢纤维增强水泥基复合材料的增长趋势较为平缓。此外,从裂缝尖端夹杂改变其应力强度因子的角度解释了钢纤维的掺入及定向对起裂韧度的提高作用。     

定向钢纤维水泥基复合材料断裂理论分析及试验

基于非线性铰模型研究了定向钢纤维水泥基复合材料的裂缝断裂全过程理论分析方法,结合不同尺寸试件的三点弯曲梁断裂试验对本文方法进行了验证。进而利用该方法预测了大尺寸三点弯曲梁试件的裂缝断裂全过程,并研究了试件尺寸对名义强度的影响。通过理论分析与试验结果对比,表明本文方法可较好地预测定向钢纤维水泥基复合材料的裂缝断裂全过程;此外,定向钢纤维水泥基复合材料的名义强度存在一定的尺寸效应,但尺寸效应表现不明显。     

定向钢纤维增强水泥基复合材料断裂特性模拟分析

利用钢纤维随机生成算法建立了钢纤维增强水泥基复合材料有限元模型,基于粘聚裂纹模型模拟了定向钢纤维水泥砂浆三点弯曲断裂全过程.将数值模拟得到的荷载-绕度曲线与已有试验结果进行对比,验证了数值模型的可靠性.研究了砂浆基体不同粘聚律对定向钢纤维水泥砂浆断裂全过程的影响.计算分析了不同尺寸试件模型的断裂全过程,研究了试件尺寸对定向钢纤维水泥砂浆断裂特性的影响.结果表明:本文建立的定向钢纤维水泥砂浆有限元模型的数值结果与试验结果对比较好,粘聚律的变化对断裂全曲线影响较小;随着试件尺寸的增大,定向钢纤维水泥砂浆的名义强度存在一定的尺寸效应,本文建立的细观模型可有效研究钢纤维增强水泥基复合材料的细观断裂机理.