混凝土双轴压-压细观统计损伤本构模型

细观损伤机制对混凝土材料宏观力学性能产生重要的影响。基于细观统计损伤理论及宏观试验现象,建立了混凝土双轴压-压细观统计损伤本构模型。考虑断裂、屈服两种细观损伤因素,损伤演化过程由主方向的压应变驱动;引入等效传递拉损伤应变的概念,受压方向的压损伤由侧向拉损伤应变控制。采用本文模型对双轴压-压应变比例加载路径下应力-应变曲线形成的包络面进行了预测,提取出双轴压-压强度包络线;从双轴强度、变形特性、包络面形状等角度对材料的双轴压缩损伤机制进行探讨。结果表明：该模型能够有效模拟双轴压-压加载情况下混凝土材料宏观力学行为,能够揭示细观损伤演化机制;细观屈服损伤模式在材料变形破坏过程中起到决定性作用,将整个变形过程分为统计均匀损伤及局部破坏两个阶段;区分峰值应力状态和局部破坏的临界状态,建议后者作为本构模型的最终破坏点。     

混凝土双轴拉-压随机本构方程分析

在混凝土受拉、压随机损伤本构关系研究基础上,研究了混凝土在双轴拉-压作用下随机损伤本构关系;通过考虑混凝土内部各组项的影响,考虑由侧向均布压应力所引起的横向Poission自由应变和剪切应变,建立起双轴拉-压损伤机理模型;根据混凝土破坏过程的能量守恒原理,导出了混凝土受双轴拉压破坏的随机损伤本构方程．     

定侧压混凝土双轴变幅拉-压疲劳累积损伤研究

为了调查混凝土在双轴拉-压交变荷载作用下的疲劳性能和累积损伤规律,利用改造的MTS疲劳试验机对变截面棱柱体混凝土试件进行了定侧压下轴心拉-压单级等幅和多级高-低、低-高变幅疲劳试验．总结了实测等幅与变幅疲劳应变与变形模量的衰减规律,基于疲劳变形模量定义了损伤变量,拟合试验结果得到了两阶段的损伤演化方程,依据损伤演变与损伤状态、加载条件间的相关性,建立了相应的疲劳累积损伤模型,并给出了利用本文模型进行疲劳损伤分析和剩余寿命预测的方法．模型预测的剩余寿命与实际试验结果的对比验证了模型的精度与有效性．     

珊瑚礁砂混凝土双轴受压强度试验与应力空间破坏准则

设计了海水拌制的珊瑚礁砂混凝土立方体试件双轴受压力学试验,总结了珊瑚礁砂混凝土破坏形态、抗压强度、破坏准则。结果表明,珊瑚礁砂混凝土试件随着应力比的变化而表现出不同的破坏特征;当双轴加载应力比为α=0.5时混凝土抗压强度最大;当应力比为α=0.25时,主压应变最大;最后建立了双轴受压珊瑚礁砂混凝土的主应力破坏准则。     

轻集料混凝土局部受压试验及动力本构分析

为探究轻集料混凝土单轴局部受压动力特性,采用试验机对轻集料混凝土单轴局部受压本构关系进行相关试验研究.考虑了5种不同加载应变率和4种不同加载面积,在位移控制下,得到轻集料混凝土单轴局部受压应力-应变曲线.根据应力-应变曲线特征点的峰值应力、峰值应变和弹性模量,分析不同加载应变率与加载面积对特征点的影响.同时根据混凝土黏弹塑性损伤本构模型,考虑不同加载应变率和加载面积的影响修正模型参数,并通过试验数据验证理论模型的合理性.研究结果表明:加载应变率和加载面积对轻集料混凝土应力-应变曲线影响明显;不同加载面积对轻集料混凝土弹性模量、峰值应力及峰值应变有较大影响;所提出的理论模型能够准确描述轻集料混凝土材料局部动力荷载作用下的应变率效应和非线性行为.     

混凝土抗压疲劳剩余强度损伤模型

目的建立混凝土抗压疲劳剩余强度随疲劳次数衰减的模型,揭示混凝土疲劳剩余强度衰减规律．方法基于连续体损伤力学理论,采用应变能量释放率空间的边界面模型,通过极限断裂面的不断移动来模拟疲劳过程中损伤阂值的变化情况．结果建立了累积损伤与相应循环损伤能量释放率之间的函数关系,确定了疲劳加载中极限断裂面尺寸的变化规律,在高周疲劳过程里损伤模量表达式中D是变量,且与剩余强度有关．利用模型编制计算机程序,绘出了不同最大应力水平下混凝土疲劳剩余抗压强度的衰减曲线．结论变量D反映出混凝土疲劳剩余衰减的特性,模型的计算结果能较好反映试验结果的变化规律．     

双向等比例加载下的混凝土动态抗压性能

为了研究混凝土试件在多轴受力、不同应力途径下的动态力学性能,采用大型静动态电液伺服试验系统,对混凝土试件进行双轴应力状态下等比例加载的动态抗压试验.双轴加载比例为1∶0、1∶05、1∶1,应变速率分别为10^-5/s、10^-4/s、10^-3/s、10^-2/s 4个量级.通过试验,研究了在不同应变速率、不同应力比情况下,混凝土抗压强度、弹性模量、峰值应变、应力应变曲线的性能.试验结果表明,随着应变速率的提高,各种应力比下混凝土的抗压强度、弹性模量均有提高.在相同应变速率下,与单轴动态受压相比,1∶0.5的应力比其抗压强度提高幅度大.     

静动组合荷载下混凝土高温后的双轴动态力学性能

由于试验的复杂性,高温后混凝土在复杂应力状态下的动态力学性能研究一直较少,但在建筑物火灾和国防军事防护工程中,混凝土结构多处于多轴应力和冲击荷载的共同作用下.为研究静动组合荷载下混凝土高温后双轴动态力学性能,采用真三轴静、动力综合加载试验系统,使用真三轴试验机预先施加双轴轴压,再利用SHPB试验装置,分别对常温(25℃...     

单轴循环压缩载荷下混凝土实时损伤演化规律

通过循环压缩加载实验并同时运用超声波探测仪实时测试混凝土试样超声波波速变化,得到了不同应变率条件下循环压缩应力应变曲线及超声波波速实时演化结果。结合超声波波速实时测试结果,将加载过程中材料动弹性模量的衰减与材料初始弹性模型比值的变化表征为材料损伤变量,得到了实时损伤演化实验量化结果,并提出了率相关的损伤演化模型。结果表明提出的损伤演化模型可真实地表征混凝土破坏全过程材料实时损伤演化情况,且对研究混凝土材料失效具有重要的理论意义。     

吊杆损伤下钢管混凝土拱桥的超载研究

目的 研究钢管混凝土拱桥在超载车辆作用下及短吊杆、1/4跨度处吊杆损伤时的吊杆应力变化,为钢管混凝土拱桥的安全运营提供依据.方法 建立钢管混凝土拱桥有限元模型,对钢管混凝土拱桥在2辆超载车一侧加载及吊杆损伤情况进行模拟研究.结果 有限元方法 计算得到的位移值与实测位移值相符,验证了分析模型正确性;超载作用下,短吊杆单独损伤45%以上时,短吊杆的应力超出许用应力;1/4跨度处吊杆单独损伤47%以上时,该处吊杆的应力超出许用应力;短吊杆、1/4跨度处吊杆同时损伤时,吊杆应力比相应的单独损伤情况的吊杆应力大,存在隐患更大些.结论 吊杆完好情况下,钢管混凝土拱桥通过超载车时没有安全隐患;当短吊杆、1/4跨度处吊杆存在一定损伤程度情况下,有超载车通过该桥时,存在一定的隐患;该研究对于吊杆损伤情况下拱桥超载方面的研究具有参考价值.     

多轴非比例加载条件下疲劳损伤参量的研究

为解决传统的疲劳方法对于复杂的多轴加载情况下疲劳寿命估算不理想的问题,利用有限元分析方法,研究了试件在单轴加载,双轴比例、非比例加载、三轴比例、非比例加载情况下,6种常用疲劳损伤参量随截面位置的变化情况,进而确定每一种损伤参量的最大值和相应的临界面位置。在此基础上提出一种新型的损伤参量,该损伤参量结合了剪应力功的概念和疲劳破坏的微观机制。     

缺口件疲劳损伤累积规律的研究

为解决传统疲劳方法对于缺口件疲劳寿命估算不准确的问题,引入疲劳损伤累积的概念.利用有限元分析方法,计算了中心圆孔试件在4种疲劳载荷作用下缺口处的应力-应变响应.采用坐标变换的方法得到缺口处在4种疲劳载荷作用下任意材料平面上的应力、应变分量.选取6种损伤参量进行研究,计算得到6种损伤参量随截面位置的变化情况,进而可以确定最大疲劳损伤.为了获得6种损伤模型的累积规律,计算在不同循环内的最大累积损伤,进而获得最大疲劳累积损伤与循环次数的关系.结果表明:中心圆孔缺口件在4种疲劳载荷作用下6种损伤模型的累积规律都为线性.以该结论为基础可估算缺口件的疲劳寿命.     

高温多轴变幅疲劳损伤累积

为进行高温多轴变幅疲劳寿命预测,以应力幅作为损伤变量,采用经典的Chaboche模型进行多轴疲劳损伤计算.多轴加载下等效应力的确定是根据单轴加载下的本构关系,利用多轴等效应变求出等效应力.修正Chaboche疲劳累积损伤模型中应力指数表达式的形式,根据Chaboche损伤累积模型,求解变幅加载下的疲劳损伤.推导出多级加载的Chaboche疲劳损伤累积公式,将其用于变幅加载块的疲劳损伤估算.寿命预测结果与试验结果接近,误差基本在2倍因子之内,说明了寿命估算方法的可行性.     

基于临界面法的疲劳损伤累积规律研究

利用有限元分析方法，研究了试件在单轴加载，双轴比例、非比例加载、三轴比例、非比例加载情况下六种常用疲劳损伤参量的累积规律，同时提出了一种新型的损伤参量．结果表明：在单轴、比例载荷作用下累积规律是线性的，而在非比例载荷作用下累积规律是非线性的．     

侧向卸荷条件下结构性软黏土典型力学特性

为研究海积结构性软黏土在侧向卸荷路径下的结构损伤特性,通过温州瑞安软黏土侧向卸荷条件下的应力路径试验,研究侧向卸荷路径和结构性对软黏土应力-应变关系、强度、初始卸荷模量等典型力学特性的影响;分析应力路径和土样深度对初始结构性及损伤特性的影响.试验结果表明:温州软黏土应力-应变关系呈明显应变软化型,具有较强的结构性;侧向卸荷条件下,初始切线模量与平均固结压力呈线性关系,斜率为加荷条件的1.4倍;侧向卸荷条件下达到峰值强度时对应的应变较常规加荷条件小.拓展了应力比结构性参数的应用范围,计算结果表明侧向卸荷条件下初始应力比结构性参数明显大于常规加荷条件.结构损伤曲线可分为平稳损伤、加速损伤和减速损伤三段,常规加荷条件下加速损伤段的损伤速率明显大于卸荷条件,这种差异与其各向异性有关,施工时需予以重点关注.     

盐岩损伤测试中卸载模量研究

利用MTS815 Flex Test GT岩石力学试验系统,对盐岩和大理岩进行了单轴压缩下的7级加卸载试验和低周循环加卸载试验测试,对盐岩和大理岩的卸载模量进行了探讨。低周循环试验加载波形采用正弦波,频率1Hz,循环应力幅值小于其平均抗压强度,单级应力幅值为30个振动循环。通过试验,得到了盐岩应力应变滞回环均为条带状,大理岩则均为尖叶状;盐岩在加卸载部位具有较大不可逆变形,对应弹性响应较慢,大理岩则反之;盐岩卸载模量变化趋势受加载测试方法影响较大,而大理岩在2种试验条件下得到的卸载模量变化趋势相似;加载应力幅值比加卸载循环数对盐岩不可逆变形增量影响更加显著。损伤变量研究结果表明,利用低周循环加卸载方法测试具有显著时间效应变形岩石的损伤弹性模量,能更真实反映其损伤特征。     

基于损伤本构关系的高拱坝安全度评价方法

基于损伤本构关系的非线性有限元能较为精确地模拟拱坝的实际工作性态,主要依据大坝的变形和应力分布及大小、损伤破坏情况等对坝体安全进行评价.但也存在一些问题,如以建基面相对损伤面积作为控制指标时,要先确定建基面的容许损伤范围.在介绍了损伤本构关系的基础上,提出了以大坝整体刚度不改变为基准的建基面容许相对损伤面积确定方法,为损伤本构关系用于高拱坝安全度评价的控制标准提供了一个新的思路,并以溪洛渡高拱坝为例进行了计算.     

多轴变幅加载下GH4169合金疲劳寿命预测

对于GH4169合金进行多轴变幅加载,非比例附加强化效应是影响疲劳损伤的重要因素.使用可反映非比例附加强化效应及体现材料弹塑性状态的疲劳损伤模型对损伤曲线法进行修正.修正的损伤曲线模型不仅可考虑多轴载荷路径与载荷幅值的变化对疲劳寿命的影响,又可考虑多轴非比例附加强化效应同时不含材料常数.通过GH4169合金多轴变幅载荷块数据对该模型进行验证,其结果令人满意。     

基于临界面法的三参数多轴疲劳损伤模型

基于临界平面方法,提出一种能适用于拉-扭加载的多轴疲劳损伤模型.新的模型采用应力与应变的三参数相结合形式,不仅考虑了当前循环内临界面上最大剪应变范围和正应变变程对多轴疲劳损伤的贡献,还顾及了非比例附加强化效应和平均应力对多轴疲劳寿命的影响.该模型预测精度较高且本身不含有材料常数,便于实际工程应用.最后,将提出的多轴疲劳寿命估算模型结合Inconel 718钢、高温GH4169合金和高温Haynes 188合金等3种材料的多轴疲劳试验进行寿命预测验证,预测结果与试验结果吻合较好.