结构尺寸对混凝土双轴动态破坏行为影响细观分析EI北大核心CSCD

为研究结构尺寸在不同动态双轴工况下对混凝土破坏行为的影响,建立了考虑混凝土材料非均质性的细观力学分析模型,对不同尺寸的立方体混凝土试件在不同应变率(10-5 s-1、10-2 s-1和1 s-1)和不同侧应力比(0、±0.25、±0.50、±0.75、±1.00和-∞)工况下进行了细观数值模拟。研究了混凝土的动态双轴压缩和压缩-拉伸力学行为以及应变率和侧应力比两个因素对混凝土动态双轴强度及其尺寸效应行为的影响规律,分析与讨论了不同工况下结构尺寸对混凝土动态双轴强度的影响机理。研究结果表明:动态双轴压缩工况下,结构尺寸对混凝土动态双轴压缩强度的影响随应变率增大逐渐被削弱,随侧应力比增大先被削弱而后增强;动态双轴压缩-拉伸工况下,随应变率增大,结构尺寸对混凝土动态主轴压缩强度和动态侧轴拉伸强度的影响均被削弱。随侧应力比增大,结构尺寸对混凝土动态主轴压缩强度的影响被增强,而对混凝土动态侧轴拉伸强度的影响被削弱;逐渐增大的应变率会削弱侧应力比对混凝土双轴强度尺寸效应的影响。     

基于细观模拟的混凝土动态压缩强度尺寸效应研究

在混凝土静态破坏尺寸效应方面开展的研究已经较为完善,而在动态破坏尺寸效应方面的研究还远没有形成一个统一的认知。混凝土尺寸效应根源于内部组成的非均质性,从细观角度出发,考虑材料非均质及细观组分的应变率效应,将混凝土看作由骨料、砂浆及界面过渡区组成的三相复合材料,建立了混凝土动态破坏行为研究的细观数值分析方法,对不同应变率（1×10^-5 s^-1~2×10² s^-1）及不同尺寸方形混凝土试件单轴压缩破坏行为进行模拟与分析。数值结果表明：混凝土动态与静态加载下压缩强度尺寸效应规律存在明显差异,在动态压缩强度尺寸效应规律中,存在一个临界应变率（约为1 s^-1）,即：低于临界应变率时,应变率增大时,压缩强度随试件尺寸增大而减小,且尺寸效应逐渐被削弱;达到临界应变率时,混凝土动态压缩强度与尺寸无关,尺寸效应被完全抑制;高于临界应变率时,应变率增大时,压缩强度随试件尺寸增大而增大,尺寸效应逐渐增强。最后对混凝土动态强度尺寸效应的产生机理进行了分析与讨论。     

高温下混凝土动态压缩行为细观数值研究

结合混凝土细观非均质性,考虑高温下细观组分力学性能退化效应及率效应的影响,建立了高温作用下混凝土动态压缩破坏行为及应变率效应研究的细观尺度数值分析模型。首先对混凝土热传导行为进行模拟,进而将\     

冻融循环后引气混凝土双轴破坏准则研究

对经过0次、100次、200次、300次、400次冻融循环作用后的引气混凝土试件进行了双轴压、双轴拉-压荷载作用下的强度试验研究。观察了试件的破坏形态和表面裂缝的走向特征,根据试验结果分析了极限抗压、抗拉强度随冻融循环次数和应力比的变化规律。在主应力空间,建立了不同冻融循环次数后考虑应力比影响的双轴破坏准则;对于双轴压,建立了同时考虑应力比及冻融循环次数影响的破坏准则,对于双轴拉-压,建立了八面体应力空间的破坏准则;为寒冷地区处于双轴荷载作用下的引气混凝土结构的强度分析提供试验和理论依据。     

高温后高强高性能混凝土双轴压强度规律与破坏准则

利用大型静动真三轴试验机,进行了常温20℃和200℃―600℃高温后高强高性能混凝土在七种应力比α=σ2:σ3=0.00:-1,-0.20:-1,-0.30:-1,-0.40:-1,-0.50:-1,-0.75:-1,-1.00:-1,双轴压应力状态下的强度试验。单双轴压试件尺寸为100mm×100mm×100mm立方体,测得了双轴主压方向静态强度。剖析了温度和应力比对单轴、双轴压强度的影响规律性以及试件破坏形态。试验结果表明:高强高性能混凝土在200℃、300℃,其高温后单轴压减摩强度并不降低;二轴压强度相对于单轴压强度的提高倍数取决于应力比、不同温度等级高温后高强高性能混凝土的脆硬性。提出了高强高性能混凝土带有温度和应力比参数的Kupfer-Gerstle破坏准则公式。     

双轴压混凝土在冻融循环后的力学性能及其破坏准则

采用快速冻融方法,对普通混凝土进行0、25、50、75次冻融循环,并利用大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室的大型混凝土静、动三轴试验系统,进行了5种比例加载路径的双轴压试验,测得了混凝土的强度,应力-应变关系曲线.用电子显微镜检验了混凝土承受不同冻融循环后的微观结构.根据试验结果,系统地探讨了冻融循环后,混凝土在不同比例加载下的双轴受压强度和变形等力学性能,在此基础上,建立了以应力空间表示的冻融循环后混凝土双轴压的破坏准则.它为北方寒冷地区的混凝土结构,如水坝、混凝土路面等处于双轴压组合荷载作用下混凝土结构的设计、分析提供了理论依据.     

基于细观模拟的轻骨料混凝土动态压缩破坏及尺寸效应分析

轻骨料混凝土由于其轻质及保温隔热性能好等优点,越来越多被应用于实际工程结构。采用细观数值模拟方法,将轻骨料混凝土看作由骨料颗粒、砂浆基质及两者间界面过渡区组成的三相复合材料,采用塑性损伤本构关系模型,考虑应变率效应的影响,建立了对应的细观随机骨料模型,研究了轻骨料混凝土在动态压缩作用下的破坏行为及尺寸效应规律。发现：随着应变率的增加,惯性效应逐渐成为主导效应,动态压缩强度的尺寸效应逐渐被削弱,达到临界应变率时,尺寸效应被完全抑制。此外,结合率效应影响机制与规律,揭示了轻骨料混凝土动态压缩强度的尺寸效应机理,建立了“静动态统一”的尺寸效应半经验-半理论公式。     

混凝土材料真实动态强度及率效应机理研究

混凝土的动态承载力包括真实动态强度和惯性承载力两部分,并且真实动态强度存在极限动态强度。以往的研究并没有区分真实动态强度和惯性承载力,过高地估计了混凝土的真实动态强度。该文研究了混凝土材料应变率相关强度的物理机制,将混凝土的宏观承载力分为真实动态强度和惯性效应引起的附加承载力,分别揭示了真实动态强度与惯性效应的物理机制。物理机制表明混凝土的真实动态强度不是无限增加的,而是存在一个极限值,这与混凝土材料非线性单轴动态S准则的规律相同。因此,利用S准则来描述混凝土的真实动态强度。通过与动态单轴压缩试验结果和动态单轴拉伸试验结果比较表明,S准则能够合理地描述混凝土材料的真实动态强度规律,并且能够很好地反映混凝土材料的极限动态强度。     

ECC双轴压力学性能及破坏准则试验研究

利用真三轴液压伺服试验机,对3种强度的高延性纤维增强水泥基复合材料(Engineered CementitiousComposites,ECC)进行了双轴压试验研究,得到了ECC在双轴压应力状态下的破坏形态、极限强度和应力-应变曲线,并与普通混凝土的试验结果进行对比,分析了不同应力比下ECC的破坏机理和主压强度的变化规律。试验结果表明,双轴压应力状态下,ECC强度包络线与普通混凝土有一定差别,强度较低时两者结果相近,但强度较高时相同应力比下ECC主压强度增幅明显小于混凝土。最后,基于Kupfer等建立的普通混凝土的强度准则和试验结果,提出了ECC的双轴压强度破坏准则。     

聚合物改性碳纤维增强混凝土的动态压缩力学性能

为探究聚合物改性碳纤维增强混凝土(PMCFRC)的动态压缩力学性能,利用直径Φ100 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置,分别对碳纤维增强混凝土及聚合物体积分数为4vol%、8vol%、12vol%的PMCFRC进行了5组不同气压下的冲击压缩试验,获得了混凝土在不同应变率下的动态应力-应变曲线和破坏形态,分析了应变率和聚合物掺量对PMCFRC动态压缩强度、变形和韧性的影响规律。结果表明：PMCFRC的动态压缩强度、变形和韧性均具有明显的应变率强化效应,聚合物对PMCFRC的动态压缩力学性能既有强化效应,也有劣化效应。随着应变率的增大,PMCFRC的动态抗压强度、动态强度增长因子(DIF)、动态峰值应变、冲击韧性均逐渐增大。随着聚合物掺量的增大,PMCFRC的动态抗压强度、DIF、冲击韧性均先增大后减小,动态峰值应变不断增大。相同应变率水平下,4%PMCFRC的动态抗压强度、冲击韧性最大,破损程度最轻;8%PMCFRC的应变率敏感性最佳,DIF最大时达到1.94,对混凝土强度的增幅最大。聚合物一方面在混凝土基体中发挥着填充、阻裂、增韧作用,另一方面改善碳纤维-混凝土基体界面的粘结...     

纯钒的动态压缩力学性能实验研究

为研究纯钒在常温下的动态压缩力学性能,采用霍普金森压杆(SHPB)对其进行应变率效应实验并采用应变冻结法对其进行应变累积实验,给出纯钒在常温下的动态压缩应力应变曲线,研究应变历史对材料性能的影响,并与电弧熔炼钒合金进行比较,结果表明:在应变率为4 430 s-1时,纯钒的流变应力为564 MPa,比应变率810 s-1时的437 MPa提高29%,纯钒具有明显的应变率效应;应变历史虽然对纯钒有影响,但其影响并不强烈;电弧熔炼钒合金的强度远高于纯钒。     

应变率突增对混凝土动态拉伸破坏影响的细观模拟

实际工程中混凝土结构往往遭遇多次动态荷载作用或在承受一定初始损伤荷载基础上再承受不同应变率的动态荷载.建立了哑铃型混凝土三维细观数值模型,模拟不同名义应变率单独作用下混凝土材料的单轴动态拉伸破坏行为,又分别对混凝土单轴拉伸应力应变曲线上升段和软化段的应变率突增行为开展了细观模拟,初步分析了应变率突增行为对动态拉伸破坏强...     

定侧压混凝土双轴压疲劳性能研究

利用大型混凝土静、动三轴试验机,完成了3种定侧压混凝土的双轴压疲劳试验.观察了试件破坏形态.将单轴压疲劳试验结果与其他试验者的结果作了比较,验证了结果的有效性.在试验基础上,分析了双轴压混凝土的疲劳特性和变形规律;建立了相应的S-N关系及考虑侧应力影响的统一疲劳方程.研究结果,为受复杂重复荷载作用的混凝土结构设计和分析提供了试验依据.     

高温后混凝土在双轴拉压下的强度和变形试验研究

利用大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室的大型混凝土静、动三轴试验系统,对常温20℃及200℃~600℃高温后的混凝土进行了4种拉压比例的双轴拉压试验,测得了混凝土的强度、应变,并根据试验结果,系统地探讨了高温后混凝土在不同拉压比例下的双轴拉压强度和变形等力学性能,在此基础上,建立了以主应力空间和八面体应力空间表示的高温后混凝土双轴拉压下的破坏准则。这些结论,为受高温后的混凝土结构,如火灾后的建筑物、烟囱、核反应堆安全壳等处于双轴拉压组合荷载作用下混凝土结构的设计、分析提供理论依据。     

UHMWPE纤维混凝土动态压缩力学性能研究

试验研究了一种捻制超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维增强的新型纤维混凝土动态压缩力学性能。研制了4种纤维体积掺量(0.3%、0.5%、0.7%、1.0%)的C70等级纤维混凝土,采用Φ100 mm分离式霍普金森压杆进行冲击压缩试验,研究了纤维混凝土在140~255 s~(-1)应变率下的动态压缩力学性能。试验结果表明:UHMWPE纤维混凝土抗压强度、峰值应变和弹性模量具有明显的应变率敏感性;纤维混凝土抗压强度应变率敏感性弱于素混凝土,但其弹性模量应变率敏感性强于素混凝土;动态强度增长因子与应变率对数呈线性关系,具体关系与纤维掺量相关。     

不同强度混凝土高温下动态劈拉性能研究

采用大直径分离式霍普金森压杆(SHPB)装置和加温装置,在不同温度(20℃、200℃和400℃)下对3种不同强度(C20、C45和C70)混凝土材料开展不同应力率的动态劈裂拉伸实验,得到了温度和应力率耦合作用下混凝土材料的动态劈裂强度及相应的破坏形态.实验结果表明,混凝土材料的动态劈裂强度随应力率的增加而增加,且应力率...     

基于多参数强度准则的砼结构非线性应力分析程序设计方法

将Ｇｅｒｓｔｌｅ～Ｓｔａｎｋｏｗｓｋｉ增量型非线性砼本构关系和Ｏｔｔｏｓｅｎ四参数等强度准则引入传统扔限元方法中,提出相应的计算程序设计。     

钢纤维混凝土多轴损伤比强度准则EI北大核心CSCD

以损伤比强度理论为基础,建立了钢纤维混凝土真三轴损伤比强度准则,并根据钢纤维混凝土试验资料,推荐了钢纤维混凝土损伤比变量表达式中的6个经验参数。利用钢纤维混凝土在单轴、双轴和三轴受力状态下的应力-应变曲线试验结果验证了损伤比取值合理性,对比了单轴受拉、单轴受压和双轴等压等典型受力状态下钢纤维混凝土和普通混凝土损伤比变量取值的差异。通过与国内外共104组钢纤维体积率为0.5%~2.5%的钢纤维混凝土三轴强度试验资料的比较,表明六经验参数钢纤维混凝土损伤比强度准则的三维破坏包络面接近已有认识;通过与国内外强度准则比较,表明损伤比强度准则与钢纤维混凝土三轴试验数据有较高的吻合度。对于围压三轴受力状态,提出简化的钢纤维混凝土常规三轴强度准则,并与已有常规三轴强度准则进行比较分析。此外,对于材料处于二轴受力,推荐了简化的损伤比二轴强度准则中的经验参数取值。     

UHMWPE交织双轴向纬编复合材料高应变率压缩性能研究

利用SHPB装置对UHMWPE交织双轴向纬编针织物/乙烯基酯树脂复合材料进行了高应变率压缩实验,研究了该材料的应变率效应和能量吸收.结果表明:等离子体处理后,复合材料的高应变率压缩性能有了较大的提高,放电功率100W是一个较为合适的处理条件.UHMWPE交织双轴向纬编复合材料呈现出一定的应变率敏感性:随着应变率的增加,最大应力、压缩模量、断裂应变能密度相应增大.由于交织双轴向纬编结构中的针织线圈及经纬纱交织作用,其具有较好的抗冲击性能.