钢纤维砼的动态本构关系

在对钢纤维砼冲击动态力学实验研究的基础上，分析了砼材料动态力学行为的应变率敏感的事线性粘弹性和计及损伤的动态本构关系的力学模型和本构特性，从而给出了钢纤维砼的计及损伤演化的率型本构方程，理论预示与实验结果吻合良好。     

直接拉伸状态下混凝土动力损伤本构模型的研究

混凝土作为一种率敏感性材料，在不同的加载速率下表现出不同的力学特性。加之其非均匀性，使得混凝土本构关系的研究变得很复杂。通过混凝土动态抗拉行为的实验，得到应变速率对其力学参数的影响规律，通过损伤变量的引入，推导出一种直接拉伸状态下的混凝土动力损伤本构模型，并给出推导直接压缩情况下的动力损伤本构关系的方法。     

钢纤维水泥基复合材料增强作用的理论研究

本文全面考虑了纤维的阻裂作用和复合增强作用，并以损伤力学为基础对钢纤维混凝土材料的受力工作过程进行了研究。不仅推出了初裂温度、极限强度的计算公式，而且还给出了钢纤维混凝土的损伤本构方程。     

钢纤维混凝土动态本构模型及其有限元方法

利用改进的BP神经网络,以钢纤雏混凝土的分离式霍普金森压杆试验数据为训练样本,建立了钢纤维混凝土的隐式动态本构模型。以显式动态有限元软件ABAQUS／Explicit为开发平台,采用FORTRAN语言编写了材料用户子程序VUMAT,将神经网络表达的材料动态本构模型嵌入到有限元计算中,实现了冲击荷载下钢纤维混凝土结构响应的数值模拟。算例显示,建立的本构模型和相应的有限元方法是有效的。     

纤维混凝土受压细观统计损伤本构模型研究

分别对31个普通混凝土试块、38个钢纤维混凝土试块及11个聚丙烯纤维混凝土进行了单轴受压本构试验研究,采用卡方检验方法对试验结果进行统计分析及假设检验,确定了以峰值应变为损伤变量的概型分布.基于唯象细观统计损伤力学及热力学的相关理论,在传统模型基础上引入了损伤阈值概念,并研究了不同混凝土损伤阈值取值问题.同时,探讨了塑性应变对本构模型的影响,建立了考虑塑性应变及损伤阈值的纤维混凝土单轴受压细观统计损伤本构模型.研究结果表明:损伤变量较好的服从Weibull分布函数;普通混凝土损伤阈值γ为0.6倍峰值应变,掺入纤维后,损伤阈值γ提高为0.8倍峰值应变;所建立的本构模型能够有效地描述纤维混凝土的受压本构关系.     

复合材料层板动态力学性能和本构关系研究

在不同温度环境下,利用ＭＴＳ材料试验机,在中等应速率（１／ｓ）下,对玻璃布－环氧层板的动态力学性能进行了实验研究,给出了一种较为可靠的复合材料拉伸试样设计方法,获得了杨氏模量,拉伸强度和泊松比等力学参数。实验结果表明,玻璃布－环氧层板具有明显的应变率相关和温度效应。采用Ｊｏｈｎｓｏｎ提出的温度、应变率相关的本构模型,根据实验数据拟合了玻璃布－环氧层板材料的本构关系,分析表明该本构关系可以很好地描述     

基于率性损伤模型的混凝土重力坝地震响应分析

为研究混凝土材料动态力学特性与应变率的关系,引入损伤张量随应变率的变化建立了应变率相关的砼非线性损伤模型,并对一混凝土重力坝的地震响应进行了分析．结果表明,在地震过程中的混凝土应变率变化使得结构各处的强度和刚度提高的程度不同,对结构控制部位的响应和安全性评价有重要影响．     

铝锂系合金Al—2.85Li应变率相关力学性能的实验研究

对铝锂系合金Al-2.85Li进行了准静态和动态拉伸、压缩的力学实验研究。应变率范围从1.3×10~(-3)l/s到1.4×10~3l/s结果表明:该铝锂合金是应变率不敏感的弹塑料材料,且表现出微弱的冲击脆性现象。本文根据实验结果建立起该材料的本构关系,并试探性地闸微损伤和位钳观点解释Al-2.85Li的力学性能。     

静水压环境下岩石动态压剪耦合力学响应与本构模型

静水压环境是深部岩石的典型应力赋存状态,并且岩石内存在多尺度的结构面,易遭受压剪耦合的复杂动力扰动。因此,探究静水压环境下岩石动态压剪耦合力学响应及损伤本构模型对于深部岩石结构安全评估和动力灾害防控极为重要。本文应用霍普金森压杆试验装置,对倾斜砂岩试样进行动态压剪耦合试验,揭示静水围压、动态荷载压剪耦合比及加载率对岩石力学特性的影响规律;基于Drucker–Prager准则和Weibull分布,建立静水压环境下深部岩石动态压剪耦合损伤本构模型。结果表明：1）岩石动态强度及变形模量随着加载率及静水围压的增大呈增加趋势,强度的围压效应及加载率效应明显,动态荷载中的剪切分量能削减岩石承载能力并提升岩石的变形能力。2）随着动态荷载剪压比和静水围压的增加,岩石冲击破坏模式由拉伸主导的内部锥形破裂面及表面劈裂转变为剪切主导的单一平面破坏;动态荷载中的剪切分量对静水围压作用下岩石的动态破碎存在明显的限制作用。3）采用极值解析法推导了模型分布参数F0和m的解析表达式,探究了模型分布参数F0、m和损伤修正系数q的物理意义及其对本构模型的影响规律;同时,对比不同工况下试验和理论应力应变曲线,验证了该模型的...     

钢纤维混凝土细观二维建模与数值研究

提出了二维随机凹凸型碎石骨料生成方法,应用ANSYS/LS-DYNA模拟了数值骨料和钢纤维随机碰撞,得到钢纤维混凝土细观二维几何模型和有限元模型。基于双折线弹性损伤演化本构模型,模拟了素混凝土和钢纤维混凝土数值试件在单轴拉伸荷载下的损伤过程。研究结果表明:素混凝土数值试件的破坏模式与真实素混凝土破坏模式比较接近,掺入钢纤维会改变裂纹扩展的路径;钢纤维混凝土二维模型中,裂纹萌生位置和扩展路径影响钢纤维对混凝土的增强增韧效果。     

钢纤维混凝土本构关系的研究

本文首先回顾了钢纤维混凝土本构关系的研究现状,并进行了必要的评述。然后根据不可逆热力学知识和内变量理论,建立了一种适合于普通混凝土和钢纤维混凝土的本构模型,与试验结果比较,吻合较好。     

Experiment on mechanical properties of steel fiber reinforced concrete and application in deep underground engineering

Specimens of steel fiber reinforced concrete (SFRC) in volume ratios of 0%, 0.5%, 1% and 1.5% were prepared to study the supporting effect of SFRC at these different volume ratios in a deep soft rock tunnel. Experiments with mechanical properties of compressive strength in cubic specimens, cleave strength in cylindrical specimens and four-point flexure strength of sheet metal specimens were carried out. The experimental results indicate that SFRC in a volume ratio of 1% is superior in ranking to other volume ratios in terms of technique and economics. By means of a numerical simulation, given the characteristics of soft rock de-formation and damage at great depth, a new support substitution scheme of SFRC to replace plain concrete is proposed. The results of an industrial trial show that the support provided by SFRC can withstand large deformations of the surrounding rock. Good results have been obtained in a practical application.     

Cyclic constitutive equations of rock with coupled damage induced by compaction and cracking

In this paper, the cyclic constitutive equations were proposed to describe the constitutive behavior of cyclic loading and unloading. Firstly, a coupled damage variable was derived, which contains two parts, i.e., the compaction-induced damage and the cracking-induced damage. The compaction-induced damage variable was derived from a nonlinear stress–strain relation of the initial compaction stage, and the cracking-induced damage variable was established based on the statistical damage theory. Secondly, based on the total damage variable, a damage constitutive equation was proposed to describe the constitutive relation of rock under the monotonic uniaxial compression conditions, whereafter, the application of this model is extended to cyclic loading and unloading conditions. To validate the proposed monotonic and cyclic constitutive equations, a series of mechanical tests for marble specimens were carried out, which contained the monotonic uniaxial compression (MUC) experiment, cyclic uniaxial compression experiments under the variable amplitude (CUC-VA) and constant amplitude (CUC-CA) conditions. The results show that the proposed total damage variable comprehensively reflects the damage evolution characteristic, i.e., the damage variable firstly decreases, then increases no matter under the conditions of MUC, CUC-VA or CUC-CA. Then a reasonable consistency is observed between the experimental and theoretical curves. The proposed cyclic constitutive equations can simulate the whole cyclic loading and unloading behaviors, such as the initial compaction, the strain hardening and the strain softening. Furthermore, the shapes of the theoretical curves are controlled by the modified coefficient, compaction sensitivity coefficient and two Weibull distributed parameters.     

钢纤维混凝土双向破坏准则的研究

本文利用自行研制的混凝土双轴试验装置,对纤维含量不同的四批钢纤维混凝土进行了双轴受压试验研究,并分析了强度变化规律。其中素混凝土的强度变化较接近于Kupfer的结果。然后从考虑中间主应力影响的双剪应力强度理论出发,根据本文和其它文献的试验结果,建立了适合于钢纤维混凝土的双轴破坏准则。     

基于Mohr准则的岩石损伤本构模型及其修正研究

基于Mohr准则,重新定义了岩石微元强度。考虑岩石微元强度服从随机分布的特点,结合损伤力学理论和统计强度理论,建立了三轴压缩条件下岩石损伤本构模型。为使建立的模型更具一般性,分析了模型参数与围压的关系,并据此对模型参数进行合理修正,从而建立出完整的岩石损伤本构模型。与试验结果比较,所建模型可以灵活地模拟各级围压下岩石破裂过程的全应力应变关系,尤其是应变软化特性。同时,该模型形式简单,应用方便,接近工程实际。     

Numerical simulation of triaxial compression test for brittle rock sample using a modified constitutive law considering degradation and dilation behavior

The understanding of the rock deformation and failure process and the development of appropriate constitutive models are the basis for solving problems in rock engineering. In order to investigate progressive failure behavior in brittle rocks, a modified constitutive model was developed which follows the principles of the continuum damage mechanics method. It incorporates non-linear Hoek-Brown failure criterion, confining pressure-dependent strength degradation and volume dilation laws, and is able to represent the nonlinear degradation and dilation behaviors of brittle rocks in the post-failure region. A series of triaxial compression tests were carried out on Eibenstock(Germany) granite samples. Based on a lab data fitting procedure, a consistent parameter set for the modified constitutive model was deduced and implemented into the numerical code FLAC3 D. The good agreement between numerical and laboratory results indicates that the modified constitutive law is well suited to represent the nonlinear mechanical behavior of brittle rock especially in the post-failure region.     

考虑非贯通节理损伤演化岩体复合本构模型

非贯通节理岩体的力学特征与完整岩石相比有较大差异.为推导非贯通节理岩体在单轴压缩下的复合损伤本构模型,采用修正自洽方法考虑不同损伤变量之间的复合.从附加应变能增量和损伤应变能释放量相关联的思路出发,采用等效直线裂纹作为节理裂隙损伤演化轨迹,分别计算细观损伤、初始节理和节理裂隙损伤演化引起的附加应变能;基于Betti能量互易定理,引入自洽方法考虑节理裂隙之间的相互作用,并采用逐条添加节理的方法对传统自洽方法进行修正,得出岩体不同受力阶段细观、初始节理和节理裂隙损伤演化的复合损伤本构模型;将本构模型的理论计算结果与现有文献的室内试验结果进行对比分析,结果显示:本构模型的理论计算结果与室内试验结果规律一致,随着节理个数增加,初始弹性模量和荷载峰值均呈下降趋势,下降幅度较为一致;节理裂隙的损伤演化对岩体的力学特性有重要影响,考虑节理裂隙损伤演化的理论应力应变曲线和荷载峰值与室内试验结果更为吻合,有效验证了复合损伤本构模型的正确性与合理性.     

等幅循环载荷下钢纤维混凝土疲劳寿命分析

本文通过试验研究了钢纤维混凝土承受轴向等幅循环压应力时的疲劳破坏特征，分析了疲劳寿命的分布规律，给出了不同存活率下钢纤维混凝土的Ｓ—Ｎ曲线方程．     

钢纤维砼预应力连续叠合板抗裂度及裂缝宽度研究

通过三组钢纤维混凝土预应力连续叠合板的试验研究 ,分析了钢纤维对提高叠合板的抗裂度及减小裂缝宽度的显著作用 ,论证了钢纤维混凝土叠合板有比普通混凝土叠合板更优的正常使用性能 ,并以试验研究为基础 ,提出了抗裂度的计算公式 .