强冲击载荷下混凝土动态本构关系

利用一级轻气炮对混凝土靶板进行冲击压缩试验,测量出不同冲击速度下的压力-时间信号曲线。采用拉氏分析方法对实验数据进行分析,得到了流场中各力学量沿时-空的分布规律,从而得到混凝土材料应力-应变试验曲线。在试验研究及拉氏分析的基础上,分析混凝土材料在强冲击载荷下的动态本构特性。最后,结合损伤率型演化和粘弹性理论,建立了混凝土材料的损伤型粘弹性本构方程。数值拟合表明理论预示与试验吻合良好。     

累计冲击荷载作用下GFRP-混凝土组合梁动态响应分析

为探究玻璃纤维复合材料(glass fiber reinforce plastic, GFRP)-混凝土组合梁在多次落石冲击荷载下的动态响应,采用摇臂式落锤试验机,对1根纯GFRP梁及4根GFRP-混凝土组合梁进行累计冲击试验,得到了不同工况下试验梁位移、冲击力、应变时程曲线及裂缝开展状态,并分阶段讨论了梁体损伤演化过程。试验结果表明：纯GFRP梁具有优异的抗冲击性能,但冲击荷载作用下变形过大;组合梁的破坏特征均为混凝土主裂缝贯通,GFRP-混凝土界面发生剥离,良好的界面黏结性能是确保GFRP-混凝土组合梁抗冲击性能提升的关键;竖向冲击荷载下,混凝土厚度的增大,可明显减小同一冲击高度下梁体跨中的变形响应;试验梁抵抗侧向冲击的能力优于其抵抗竖向冲击的能力。采用显示动力分析软件LS-DYNA建立了GFRP-混凝土组合梁累计冲击模型,并基于该模型分析了冲击锤质量、冲击速度及截面高度比等参数对GFRP混凝土组合梁动态响应的影响规律。     

冲击荷载下混凝土本构模型及损伤延迟指标的参数研究

冲击荷载作用下混凝土材料中会引起高应变率.以损伤理论为基础,Eibl和Schmidt-Hurtienne模型考虑了高应变率作用下混凝土的记忆效应,较客观地反映了混凝土的动态力学行为.在作者以前的研究中,采用循环逼近的方法可以确定该模型中参数取值,并引入了相对半值损伤积累时间指标以定量评价混凝土的动力损伤延迟,但该法以及指标的确定需要较多的数值消耗,难以应用于结构动力分析.为便于实际应用,研究模型中参数和指标在混凝土立方体抗压强度30MPa～60MPa以及应变率0.0001 s-1～100s-1范围内的取值,对模型中参数和指标的取值分别进行数据拟合并给出了相应表达式.     

冲击载荷下玄武岩纤维增强混凝土的动态本构关系

为了研究玄武岩纤维增强混凝土的动态本构关系,利用Ф100mm分离式霍普金森压杆装置,对玄武岩纤维增强混凝土进行冲击压缩试验,得到了动态应力-应变曲线,对试验数据进行了分析,根据试验结果,通过叠加应变率强化效应和损伤软化效应,对混凝土静态Ottosen非线性弹性本构模型进行修正,建立了玄武岩纤维增强混凝土损伤型的动态本构模型,确定参数并将理论模型计算结果与试验结果进行了对比。研究表明,玄武岩纤维增强混凝土的动态性能存在明显的应变率强化效应,动态强度增长因子和峰值应变与应变率对数之间存在近似函数关系;建立模型的方法可行,理论模型计算结果与试验结果吻合较好,建立的本构模型可用来描述玄武岩纤维混凝土的动态力学行为,并能为玄武岩纤维增强混凝土的进一步研究和工程应用提供参考依据。     

混凝土随机损伤本构模型研究新进展

综述了混凝土微观损伤机理与随机损伤本构模型研究现状,介绍了本课题组在混凝土随机损伤本构模型方面取得的研究进展：进行了考虑mode-II微裂缝的微观损伤机理分析,提出并验证了混凝土随机损伤本构模型——束-链模型,发展了测定多轴受压混凝土损伤变量的X-射线CT方法。最后,得到了相关研究结论。     

高强度结构钢材单调荷载作用下的本构模型研究

钢材在单调荷载作用下的本构模型是进行结构分析的基础。为了更为准确地计算高强钢结构响应和分析构件的受力性能,为工程设计人员应用高强钢提供参考,该文在总结已有试验研究、开展大量拉伸试验的基础上,更新了高强钢多折线本构模型的参数,以Ramberg-Osgood模型为基础标定了适用于高强钢的非线性本构模型。通过和试验数据的对比,证明非线性本构模型能够很好地模拟高强钢在单调荷载作用下的应力-应变关系。为了兼顾准确性和效率,该文还提出了修正的多折线本构模型,在反映高强钢非线性的材料性能的同时本构模型也相对简单。     

混凝土确定性及随机性损伤本构模型研究进展

混凝土损伤本构模型的建立对表征混凝土力学行为与认识其本质至关重要。从确定性与随机性两个层面梳理了国内外混凝土损伤本构模型的研究历史和最新进展情况,针对不同模型的损伤定义方式、损伤演化规律、损伤物理机制等进行探讨,通过对比分析总结了混凝土材料的非线性、随机性和动力荷载下的率敏感性等特征,提出发展混凝土损伤本构模型的关键问题,为建立更完善的混凝土损伤本构模型提供参考。     

高应变率下岩石本构特性的研究

高应变率下岩石的动态本构关系和力学特性,目前主要是利用SHPB装置等来获得．基于统计学和损伤力学的观点,建立岩石在高应变率下的动态本构模型是进一步研究爆破机理、爆炸应力波传播、爆破参数优化的基础。理论和实验证明,本文推荐的4种动态本构模型与试验结果有较好的一致性,对进一步研究岩石的动态力学性质奠定了基础．     

聚丙烯纤维再生混凝土损伤本构模型的研究

基于Weibull统计分布理论和Lemaitre等效应变假定原理,推导出聚丙烯纤维再生混凝土单轴受压损伤本构模型,对聚丙烯纤维再生混凝土进行单轴受压试验,根据试验数据,确定了该模型参数,通过试验曲线和模型曲线的对比分析发现两者拟合较好。基于考虑中间主应力、拉压性能影响的适用于任何材料的统一强度理论,推导出聚丙烯纤维再生混凝土的双剪损伤本构模型,建立了纤维混凝土损伤本构模型从单轴到双轴的转化方法。     

混凝土正交各向异性动态损伤本构模型研究

为建立混凝土的正交各向异性动态损伤本构,首先采用动力放大系数的形式考虑材料的应变率效应,然后基于Sidoroff能量等价原理,建立动态条件下单元体的损伤刚度矩阵。同时在损伤演化模型中,采用Mazars损伤模型描述主轴方向的损伤变量。另外采用适用于正交各向异性的Hoffman屈服破坏准则,并考虑损伤及动力放大系数对强度的修正。以建筑结构受爆破震动荷载作用的实验资料,对本模型进行了验证     

玄武岩纤维混凝土的冲击力学行为及本构模型

采用Φ100mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置研究了玄武岩纤维混凝土在不同应变率下的冲击力学行为,并将其与基体混凝土进行对比分析;采用朱-王-唐(ZWT)模型,在试验研究的基础上,建立了考虑纤维三维随机分布效应的玄武岩纤维混凝土非线性粘弹性本构模型,并与SHPB试验结果进行比较。结果表明:玄武岩纤维混凝土的冲击压缩强度与能量吸收能力,较素混凝土有明显提高,具备优异的冲击力学性能;本构模型提供的理论曲线与试验曲线比较接近,改进后的ZWT模型可以较为准确地描述玄武岩纤维混凝土的高应变率力学行为。     

玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土的动态本构模型

以矿渣与粉煤灰为原材料制备玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土(BFRGC),采用φ100mm分离式霍普金森压杆(SHPB)装置对BFRGC进行了冲击压缩试验,并对SHPB试验过程中的波形整形技术展开了研究,以此来提高材料SHPB试验的精度。通过SHPB试验,获得了BFRGC在10s-1―102s-1应变率范围内的应力-应变曲线,分析了BFRGC的强度和变形性能,并建立了BFRGC的率型非线性粘弹性本构模型。通过试验对模型进行验证,模型曲线与试验曲线吻合良好,该文建立的率型本构模型可以较为准确地描述BFRGC的动态力学行为。     

冲击荷载作用下混凝土结构破坏过程的近场动力学模拟

混凝土在冲击、侵彻等动载荷作用下产生损伤和破坏的过程,其实质是力学模型从连续体到非连续体的转变过程。传统的连续介质理论基于连续性假设并运用偏微分方程求解问题,难以直接用于计算和模拟材料及结构发生破坏的整个过程。近场动力学(Peridynamics,PD)是一种新兴的基于非局部模型描述材料特性的数值计算方法。该方法假定位于连续体内的粒子通过有限的距离与其它粒子相互作用,通过积分计算在一定近场范围(horizon)内具有一定影响域的材料点之间的相互作用力,而不论位移场的连续与否,避免了传统的局部微分方程求解在面临不连续问题时的奇异性和现有多尺度算法的复杂性。该文概述了PD方法的理论基础,描述了其建模思路及计算体系,给出了用近场动力学方法模拟结构受冲击荷载的计算格式。算例结果表明:PD方法可以很好地刻画和模拟材料及结构的损伤累积与渐进破坏过程。最后讨论了PD方法在理论、计算和应用等方面有待进一步研究的问题。     

冲击荷载作用下花岗岩动力特性试验分析

利用SHPB试验设备,研究花岗岩在不同冲击气体压力下的压缩力学性能,讨论岩石类材料的应力-应变特性和破坏过程。结果表明,花岗岩的平均应变率与冲击气体压力有明显相关性,在不同冲击压力下,应变率时间历程曲线明显不同;岩石的应力-应变曲线可分成初始压密、稳定变形、非线性弹性与破坏4个阶段,且冲击气压存在一个使岩石破碎效果明显的合理值;其破坏形式大多以沿轴向的劈裂破坏为主,但在较高的冲击气压作用下,岩石则呈压碎破坏形式。     

粘弹性支座RC梁在低速冲击下的动力响应计算

给出了基于Hertz接触理论的冲击体与梁结构之间的局部接触力-接触变形关系。根据弯曲理论,建立了具有粘弹性支座钢筋混凝土梁在低速冲击作用下的弹塑性动力响应计算方法,并通过算例分析了冲击速度、支座刚度和支座阻尼对动力响应的影响。分析发现:梁的总位移随冲击速度增大而增大,当冲击速度足够大时梁将出现塑性变形。支座条件对梁的动力响应有较大影响,梁的总位移最大值随支座刚度增大而减小,而相对位移最大值随支座刚度增大而增大,振动频率随支座刚度增大而明显增大;梁的总位移最大值随支座阻尼增大而减小,相对位移最大值随支座阻尼变化不明显,位移幅值衰减值随支座阻尼增大而增大,但振动频率不受支座阻尼影响。结果表明:采用粘弹性支座既能减小钢筋混凝土梁的相对位移幅值,又能加速梁的位移幅值衰减,提高了梁结构的抗冲击能力。     

含初始损伤的水泥砂浆材料的动态本构关系研究

建立了含初始损伤的水泥砂浆试件的两种动态损伤演化模型及本构模型 ,然后通过霍普金森压杆对水泥砂浆试件进行了冲击压缩试验。结果表明 ,正交异性损伤演化模型更适合描述实际介质的损伤 ,从而建立了水泥砂浆材料的正交异性动态本构方程。     

含初始损伤的水泥砂浆材料的动态本构关系研究

建立了含初始损伤的水泥砂浆试件的两种动态损伤演化模型及本构模型 ,然后通过霍普金森压杆对水泥砂浆试件进行了冲击压缩试验。结果表明 ,正交异性损伤演化模型更适合描述实际介质的损伤 ,从而建立了水泥砂浆材料的正交异性动态本构方程。     

钢纤维混凝土动态压缩性能及全曲线模型研究

对钢纤维含量分别为0%、1%、2%、4%、6%的C30和C40混凝土进行了常三轴动态压缩试验,C30混凝土试件围压值为0MPa、6MPa、9MPa、12MPa、18MPa、24MPa,C40混凝土试件围压值为0MPa、8MPa、12MPa、16MPa、24MPa、32MPa;试验过程中采用位移控制模式下的正弦波分级加载。在此基础上,进行了应力-应变全曲线表达式的选择与分析,并对各材料参数与诸因素间的相关性进行了分析。结果表明:1)通过对Ezeldin等提出的钢纤维混凝土静态荷载作用下的应力-应变全曲线公式进行β参数修正,使得该模型可以很好地描述钢纤维混凝土在动态常三轴压缩作用下的应力-应变全曲线关系;2)纤维含量对C40混凝土的动态抗压强度的改善作用比对C30混凝土显著,但受压状态下纤维含量对提高混凝土动态强度总的幅度较小;3)混凝土动态峰值应力对围压大小较敏感,C40混凝土的敏感性对C30混凝土有所下降,峰值应变与诸因素的相关关系基本上与峰值应力相同;4)在动态荷载作用下钢纤维混凝土的割线弹性模量、钢纤维含量与割线模量间的相关性,均表现为C40混凝土比C30混凝土要高;5)围压与纤维含量对混凝土材料的受压状态下的韧度指数ncmax不产生太大影响。     

高温后混凝土在非比例加载下的双轴受压性能研究

混凝土在双向非比例加载下的受压试验研究不多。该文利用大型混凝土静、动三轴试验系统,对常温20℃及200℃―600℃高温后的混凝土,进行了非比例加载的双轴压试验,侧应力等级分别为0、0.2fc、0.4fc、0.6fc四种。测得了混凝土的强度及应变,并根据试验结果,系统地探讨了有侧应力作用时,混凝土在不同温度后的双轴受压强度和变形等力学性能,在此基础上,建立了以八面体应力空间表示的混凝土在非比例加载下的双轴受压破坏准则。这些结论,为受高温后的混凝土复杂结构的设计、分析提供了理论依据。