加载速率对煤岩损伤及声发射特征影响的数值模拟研究

为研究加载速率对煤岩损伤及声发射特征的影响,利用RFPA2D数值模拟软件,以加载速率0.001,0.003,0.005 mm/步对煤岩试样进行数值模拟试验。结果表明,加载速率对煤岩的损伤特征和声发射特征都具有一定的影响。随着加载速率的增加,宏观损伤出现的时间逐渐减小,呈现负相关性;不同加载速率下煤样破裂过程中的声发射峰值计数和峰值能量随着加载速率的增加逐渐增大,呈现正相关关系;不同加载速率下煤样破裂过程中的声发射累计计数和累计能量随着加载速率的增加逐渐减小,呈现出负相关关系。     

反复加载时型钢钢筋混凝土框架柱的损伤过程

基于考虑变形幅值和循环加载效应影响的累积损伤模型,对型钢钢筋混凝土框架柱（空腹式和实腹式）在反复加载下的损伤发展进行了分析,对其抗震性能作了进一步讨论。     

加载速率对煤样力学行为影响的试验研究

加载速率变化会对介质力学行为产生影响,选用煤进行不同加载速率单轴力学试验.结果表明:对于煤,其强度随加载速率增加表现出先升高后降低的现象,将转折点对应的加载速率称为临界加载速率,低于该值时,煤样强度随加载速率增加而增大,高于该值时加载速率增加强度反而降低.建立"骨架"模型对该现象进行解释,分析表明:较快的加载速率可减少裂隙损伤有利于承载,但同时微元体承载部分将储存更多的弹性能出现局部破坏不利于承载.故必然存在"最优"加载速率使强度出现最大值,此时即对应临界加载速率.以此为基础,提出现场条件下低卸载速率配合均匀弱化介质的手段保证高强度生产的安全.     

加载速率对缺口前应力、应变分布的影响

用动态有限元法，计算了一种低合金钢在不同加载速率下四点弯曲缺口试样缺口根部应力、应变和应变率的分布．结果表明：缺口前各点的应变率和试样整体屈服载荷Pgy随加载速率的增加而增加；在相同的P／Pgy下，缺口前各点的正应力随加载速率的增加而增加，而应变基本不变．加载速率对缺口前应力、应变分布的影响是由于其引起了缺口前应变率的变化，从而使材料力学性能发生变化所引起的．     

加载速率对CA砂浆抗压强度的影响

CA砂浆中沥青的大量存在使得其力学性能具有较强的时间依赖性.首先研究了CA砂浆抗压强度在不同加载速率下的变化规律及沥青乳液与水泥的相对质量比、砂的细度模数与外掺料硅灰(SF)和橡胶粉(CR)对CA砂浆抗压强度时间依赖性的影响.结果表明:CA砂浆的抗压强度随加载速率的升高呈增加趋势,沥青的相对含量越低,增加趋势越明显;砂的细度模数越小,CA砂浆的抗压强度对加载速率的稳定性越好,但同时会导致CA砂浆的流动性损失过大.SF和CR对CA砂浆表现出的时间依赖性有不同程度的改善作用.同时提出了沥青在CA砂浆中的理想分布模型,对其力学性能的时间依赖性进行了解释.     

钢筋混凝土结构构件的震害损伤失效分析

通过建立钢筋混凝土结构构件损伤值概念,在结构构件综合损伤指标的基础上提出了服从威布尔分布的地震损伤失效概率模型,初步探讨了利用该模型对结构构件进行损伤等级划分,从而在实际结构构件设计和震后结构构件可靠性评估的方法,并给出了算例.     

橡胶集料混凝土细观损伤特性的加载速率效应

基于颗粒离散元理论,选取对应不同级别应变率的0.001、0.01、0.1、1.0、3.0 m/s五种加载速率,模拟实现普通混凝土(NC)和橡胶集料混凝土(CRC)单轴抗压强度试验,系统分析了加载速率对本构关系、裂纹扩展、细观损伤及能量演化的影响规律。结果表明:材料的单轴抗压强度以及相应峰值应变随加载速率增的加呈现非线性增长关系,CRC较NC表现出更为明显的加载速率敏感性;加载速率与NC裂纹生成速率呈现负相关关系。而与CRC裂纹生成速率呈正相关关系。提出了两种材料细观损伤变量与加载速率间的拟合方程,拟合效果较好,同时分析了不同加载速率对材料弹性应变能和动能的演化规律影响。     

钢筋混凝土压弯构件低周疲劳损伤的抗力衰减试验研究

通过钢筋混凝土压弯构件的低周疲劳损伤试验,应用损伤力学理论建立构件强度退化计算模型;根据本文有国内已有的压弯构件试验数据统计分析,得到了钢筋混凝土压弯构件循环位移与卸载至零时残余变形的回归公式;给出了强度退化公式中的参数计算方法;在此基础上,计算钢筋混凝土框架地震损伤后的层间剩余强度,为地震后损伤结构修复及抗震能力评定提供理论基础。     

基于颗粒流的矽卡岩静态加载速率效应研究

采用颗粒流离散元软件PFC2D,通过Fish语言编写程序,模拟了矽卡岩岩样3级不同加载速率下的室内单轴压缩试验,并分析了其静态加载速率效应。模拟结果表明:模拟得到的岩样破裂形态、应力-应变曲线、峰值强度变化等与试验结果较为吻合;加载速率增大,峰值强度及其对应的应变增大,且在10-2数量级内增幅明显,峰后变形能力减弱,弹性模量、泊松比基本不变;加载速率增大,临界扩容应力和扩容点对应应变增大,扩容曲线软化段都很平缓,体积膨胀急剧;岩样主要破坏形态为剪切破坏,且随着加载速率增加,由单一剪切破裂过渡到共轭剪切破裂,更易形成锥形破坏。研究结果可为相关岩体的室内试验及岩土工程的稳定性评价提供参考。     

冲击荷载作用下混凝土抗压强度的细观力学数值模拟

为研究混凝土在冲击荷载作用下的细观破坏机制,将混凝土视为由骨料、水泥砂浆及二者间的黏结带所构成的三相复合材料,根据瓦拉文公式确定代表骨料的颗粒数,采用蒙特卡罗方法生成随机骨料模型.采用双折线损伤模型描述混凝土细观单元的损伤退化.利用非线性有限元方法对湿筛混凝土立方体小试件和全级配混凝土立方体大试件在冲击荷载作用下的细观破坏机制进行数值模拟,给出了试件的应力-应变曲线和动态抗压强度.研究结果表明,数值模拟所得的结果与实验结果表现出较好的一致性.     

钢筋混凝土叠合结构二次受力过程数值分析

二阶段制造和二次受力是叠合结构的关键特征。基于ABAQUS软件,考虑钢筋和混凝土材料本构关系的非线性,定义了联结单元分析钢筋与混凝土之间的粘结滑移关系,确定了切向弹簧单元和主、被动接触表面分析新旧混凝土叠合面之间的粘结滑移关系,通过初始条件定义施加预应力形成初始应力场,引入生死单元模拟叠合结构的二阶段制造和二次受力过程。通过数值分析,验证有限元分析方法的正确性和可靠性,为叠合结构在实际工程中的应用以及其有限元分析提供参考。     

钢筋混凝土框架结构在地震作用下的损坏评定

本文在钢筋混凝土受弯构件滞回特性试验研究和结构非弹性地震反应特征分析的基础上,提出了一个估价钢筋混凝土框架结构经受强震后破坏程度的定量分析方法,即将结构地震反应的塑性变形与交变反复次数(或地震持续时间)所产生的综合破坏效应用累积损坏参数CD来描述。     

钢筋混凝土结构的模型更新混合试验方法

当结构在极端荷载作用下进入强非线性时,混合试验数值子结构是否能够准确模拟结构的强非线性成为关注焦点。模型更新从本构模型参数准确性的角度出发,提出了在线更新数值子结构本构模型参数的概念。由于构件本构模型与截面本构模型具有一定局限性,现有构件、截面本构模型更新的混合试验很难满足大型复杂结构的需求。作者从材料层次出发,采用混凝土本构模型参数的识别方法,并将其应用于钢筋混凝土结构的在线更新混合试验中。通过完成平面混凝土框架3种工况的混合试验,对混凝土材料本构参数识别方法和在线模型更新混合试验进行了验证。试验结果表明该参数识别方法具有较好的收敛速度和稳定性;混凝土本构模型参数的在线更新提高了数值子结构的准确性,进而提高了混合试验的可靠性。     

非线性钢筋混凝土抗震结构的随机破损分析与设计

本文以钢筋混凝土结构动力试验与结构分析为基础,提出了根据结构设计参数确定恢复力模型参数的方法,建立了适合于具体设计的恢复力模型;在此基础上,利用统计等效线性化方法分析了结构的随机变形反应与随机滞回耗能反应,求得了以变形与滞回耗能的线性组合定义的综合破坏指数,提出了以平均破坏指数为安全度指标的设计方法,并给出了具体设计算例。     

钢筋高强混凝土柱轴压性能尺寸效应试验

为揭示钢筋高强混凝土柱的尺寸效应规律,进行了不同几何尺寸、不配置箍筋的钢筋高强混凝土柱轴心受压性能试验,对比分析了不同几何尺寸试件的破坏特征、名义应力-应变曲线、承载力、变形及刚度.结果表明,未设置箍筋的钢筋高强混凝土柱轴心受压承载力、破坏特征和变形能力表现出一定的尺寸效应。     

钢筋混凝土界面脱粘的有限元计算

在不同加载方式下,通过ADINA中Parasolid和Native组合建模方法,建立了钢筋混凝土界面脱粘研究的三维有限元模型。通过模型参数选择,实现了对锚固深度、保护层厚度等因素的综合考虑。依据计算结果,探讨了锚固深度、保护层厚度、加载方式、钢筋和混凝土摩擦等对钢筋混凝土界面脱粘的影响。并通过进一步分析,提出了混凝土保护层厚度与钢筋直径比、钢筋锚固长度与直径比等的最优值,并针对荷载作用方式和加载频率,提出了工程防护建议。     

强震作用下地铁车站结构损伤破坏的三维非线性动力分析

为了研究地铁车站结构在强震作用下的动力响应及破坏机理,基于混凝土损伤塑性模型、岩土扩展的Drucker-Prager模型、土-结构相互作用以及人工边界等相关理论,利用ABAQUS软件建立了强震作用下地铁车站的动态响应与损伤破坏的二维、三维精细化非线性有限元分析模型,并对柱端设置隔震器的地铁车站结构进行了三维非线性动力分析.分析结果表明:所建立的有限元分析模型能较好地反映强震荷载作用下钢筋混凝土结构的动力特性以及土-地下结构之间相互作用,适用于地下结构抗震分析;三维有限元模型的分析结果比二维有限元模型的分析结果更为准确地反映强震作用下地下结构的破坏特性,并与现场观测的破坏形态具有较好的一致性;碟形弹簧和铅芯橡胶构成的三维隔震支座具有较大的竖向刚度和抵抗侧向变形能力,在地铁车站中柱端部设置隔震支座可以大幅减小中柱的变形及损伤破坏程度.     

循环荷载下考虑滞回效应的混凝土损伤模型

针对高混凝土坝地震过程中复杂的材料非线性问题,建立循环荷载下考虑滞回效应的混凝土损伤模型。模型分别选取符合混凝土实际变形特性的拉伸与压缩骨架线以考虑材料拉压异性,骨架线中含有软化段系数以适应试验结果的离散性。采用不依赖于骨架线形状的滞回效应加卸载特征点表达式,搭建能够反映混凝土循环荷载作用下软化段滞回效应的卸载路径与重新加载路径,并建议设立残余应变临界值解决残余塑性应变与卸载应变比值随应变增长的持续发散问题。模型将复杂多轴问题转化至单轴等效应变空间中求解,计算参数少,数学表达式简单,并通过混凝土循环荷载试验与Koyna重力坝的震害模拟验证了模型在非线性问题求解上的正确性与高效性。