拉伸应变硬化UHTCC材料的弯曲变形分析

该文依据弯矩．面积方法给出了弯曲变形计算的理论闭合解,结合所完成的不同厚度超高韧性水泥基复合材料试件的四点弯曲试验结果,计算了弯矩．曲率曲线、荷载．挠度曲线,通过与挠度简化计算公式及试验结果对比分析了理论公式的可行性。结果表明：基于闭合解得到的结果与试验实测值吻合最好,最大误差不超过5％,且试件厚度对变形计算基本没有影...     

UHTCC薄板弯曲荷载-变形硬化曲线与单轴拉伸应力-应变硬化曲线对应关系研究

单轴拉伸试验是评价超高韧性水泥基复合材料(以下简称UHTCC)力学性能的有效试验方法,但是由于其实际操作困难,不便于广泛使用。该文通过四点弯曲试验和单轴拉伸试验研究了UHTCC的弯曲性能和拉伸性能,对比分析了UHTCC的薄板弯曲荷载-变形硬化曲线和单轴拉伸应力-应变硬化曲线以及UHTCC的基本力学指标、韧性指标、延性指标和多缝开裂形式。试验结果表明四点弯曲试验可以反映UHTCC的应变硬化、多缝开裂、高延性和高韧性性能。基于理论分析和试验结果推导了极限拉伸应变的计算公式,并通过试验结果进行了验证,结果表明通过计算公式得到的预测值与试验结果吻合较好。因此四点弯曲试验可以代替单轴拉伸试验成为评价UHTCC特殊力学性能的简单实用的试验方法。     

高性能PVA纤维增强水泥基材料的制备与性能

为了获得高性能PVA纤维增强水泥基复合材料的制备方法,研究了砂的颗粒级配、水胶比和粉煤灰掺量对高延性纤维增强水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composites,ECC)的弯曲性能、抗压、抗折强度及开裂模式的影响。结果表明:随着砂的细度模数降低,ECC的跨中挠度增大,早期强度提高,但后期强度变化不明显。随着水胶比的增大,ECC的初始开裂荷载降低,跨中挠度增大,平均裂缝宽度增加。0.25水胶比的ECC的抗压强度可以满足高强度等级的要求。0.35水胶比的抗压强度可以满足对普通强度等级的要求。随着粉煤灰掺量的增加,ECC的初始开裂荷载降低、抗折和抗压强度逐渐降低,ECC的跨中挠度提高,平均裂缝宽度变小。在水胶比一定的条件下,采用细砂,适当增加粉煤灰掺量有助于提高ECC的韧性和延性。     

钢筋混凝土中爆炸破坏效应数值模拟分析

超高韧性水泥基复合材料(Ultra-High Toughness Cementitious Composites,UHTCC)具有优异的韧性和吸能效果,采用UHTCC和UHPC材料制成的功能梯度板具有优越的抵抗爆炸冲击性能。为了更好地研究UHTCC材料在爆炸荷载下的损伤规律,设计出性能优良的防护结构,该文利用LS-DYNA软件对UHTCC功能梯度板接触爆炸进行了数值模拟。探讨了靶体材料、炸药量、配筋情况、能量吸收层厚度对结构抗爆性能的影响。研究结果表明,UHTCC功能梯度板可以有效减少爆炸荷载下的开坑、震塌以及靶体损伤,同时吸收更多的爆炸冲击波,从而达到优良的抗爆效果。配置拉结筋并合理设置能量吸收层厚度能有效减少靶体损伤。     

复合材料波纹梁冲击试验与数值模拟

为了探究复合材料波纹梁的吸能性能,针对铺层形式分别为[(±45)3/(0,90)/(±45)3]、[(±45)8]和[(±45)7]的3种复合材料波纹梁元件,进行了动态冲击试验,得到了吸能载荷-位移曲线,并对其损伤破坏形貌进行了分析。以连续损伤力学为基础,结合改进的Hashin损伤判定准则以及损伤演化规律,提出了针对波纹梁耐撞性损伤分析的刚度退化模型,并基于有限元软件平台开发了适用于波纹梁渐进损伤分析的子程序。对3种不同结构形式的波纹梁进行了渐进失效数值分析,模拟得到了能量评估参数比吸能(SEA)和平均载荷值,并将模拟结果与试验结果进行了对比分析。比较分析了不同薄弱环节复合材料波纹梁的吸能能力。结果表明:波纹梁在冲击载荷作用下发生了渐进压溃失效;平均压溃载荷的相对误差不超过12%,能够满足工程应用要求;薄弱环节的设置需综合考虑复合材料性能和铺层方式等因素。     

超高韧性水泥基复合材料功能梯度板接触爆炸数值模拟

超高韧性水泥基复合材料(Ultra-High Toughness Cementitious Composites,UHTCC)具有优异的韧性和吸能效果,采用UHTCC和UHPC材料制成的功能梯度板具有优越的抵抗爆炸冲击性能。为了更好地研究UHTCC材料在爆炸荷载下的损伤规律,设计出性能优良的防护结构,该文利用LS-DYNA软件对UHTCC功能梯度板接触爆炸进行了数值模拟。探讨了靶体材料、炸药量、配筋情况、能量吸收层厚度对结构抗爆性能的影响。研究结果表明,UHTCC功能梯度板可以有效减少爆炸荷载下的开坑、震塌以及靶体损伤,同时吸收更多的爆炸冲击波,从而达到优良的抗爆效果。配置拉结筋并合理设置能量吸收层厚度能有效减少靶体损伤。     

生态型高延性水泥基复合材料的可适性设计理论与可靠性验证Ⅰ:可适性设计理论

目前,国内普遍使用多元化固体废弃物粉末和自主研发的高强高模合成纤维来制备生态型高延性水泥基复合材料(Ecological high ductility cementitious composites, Eco-HDCC)。然而,原有高延性水泥基复合材料经典设计理论中的理论判据与现有Eco-HDCC材料的实际情况不完全相符,已不能适用于这类多元复合Eco-HDCC材料的可靠性设计与性能调控,因此,迫切需要对该经典材料设计理论进行修正和优化。本研究引入纤维分散系数和主裂缝断面有效纤维体积率两个修正参数,重新限定四个控制参数的取值范围,对经典HDCC设计理论进行了优化修正,并通过测试典型配比Eco-HDCC的宏观力学性能、微观力学性能与纤维分散度,评价可适性设计理论的合理性。研究结果证明,当采用本研究修正后的可适性设计理论并将关键设计参数取值范围控制于0.75≤α~*≤1、V_(f,effect)1.5%、PSH_12.0、PSH_21.2时,Eco-HDCC材料可稳定实现高延性(单轴拉伸荷载下的极限应变超过2%)和多缝开裂的特性。本研究结果不仅可使采用多元化固体废弃物粉末和国内自主研发的高强高模PVA纤维制备的Eco-HDCC复合材料的设计过程更加有据可依、灵活可靠,而且能使其满足不同延性和性价比的工程需求,具有重要的理论意义和工程指导价值。     

基于数值模拟的热梯度CVI制备C/C 复合材料致密化行为

根据热梯度化学气相渗透(CVI)工艺制备C/C复合材料的特点, 建立了均相与非均相反应的多场耦合数学模型。以2D炭毡为预制体, 天然气为前驱体, 炉压为100 kPa的工艺条件下, 通过计算获得了预制体致密化过程中密度的演变规律; 分析了沉积温度及气体流量对致密化的影响, 获得了合理的沉积温度和气体流量范围。致密化100 h后, 预制体整体密度的计算值与实验值基本一致, 径向密度分布的模拟值与实验值呈相同的变化规律, 验证了模型的可靠性和模拟的预测能力。      

智能CFRP加固RC梁荷载效应的实时模拟与测评

制备了4 根炭纤维复合材料(CFRP) 加固钢筋混凝土(RC) 实验梁, 并在梁内钢筋、混凝土及加固CFRP中预置了布拉格光栅光纤传感器(FBG) 和电阻应变片两种传感器。根据钢筋混凝土理论和ANSYS 有限元软件编制了实验梁受弯荷载效应模拟计算程序。实验表明, 实验梁在受弯承载过程中, 布拉格光栅光纤传感器与传统应变片有完全一致的线性关系; 模拟计算出的实验梁受拉钢筋、压区混凝土应变值及挠度与荷载的关系与CFRP 中FBG的实测值吻合较好。由于对既成RC 结构不能在内部装置传感器(会破坏结构降低抗力) , 采用智能CFRP 加固RC 结构可实现加固和实时健康测评双重功能。      

综论沥青的疲劳损伤自愈合行为:理论研究,评价方法,影响因素,数值模拟

沥青混凝土是常见的筑路材料之一,沥青路面以其行车舒适、低噪声、耐磨耗等优势被广泛应用于我国高等级公路。在车辆荷载及环境温度的反复作用下,沥青路面易产生疲劳损伤,若未及时察觉,疲劳损伤会不断累积汇集产生裂缝,降低路面的使用寿命,危及行车安全。与此同时,研究者通过试验发现,在一定条件下,沥青混凝土具有强度恢复及裂缝自修复能力,这种自愈合能力与胶结料沥青有较大关系。因此,为延长沥青路面使用寿命,降低运营过程中的养护成本,沥青的自愈合特性成为近年来国内外研究的热点问题。研究者结合室内试验与现代物相技术,提出基于力学、能量角度的沥青疲劳损伤自愈合评价指标,研究了沥青化学组成、改性剂、外界环境及加载方式等因素的影响,并试图借助宏观、微观理论解释沥青疲劳损伤愈合的过程。目前,关于沥青疲劳损伤愈合的评价方法、评价指标的有效性及理论模型的适用性尚未有定论,仍需进一步探索。基于上述问题,研究者对沥青疲劳损伤自愈合行为及相关理论开展进一步研究。研究结果表明,宏微观力学、分子扩散等理论可从一定程度上解释沥青疲劳损伤强度恢复行为和微观界面愈合行为。将沥青剪切、断裂试验和现代物相技术等作为研究方法,采用力学、能量等指标可从不同角度对沥青的自愈特性进行评价。同时采用疲劳损伤愈合行为方程及分子动力学模拟作为愈合过程数值模拟,将基本理论方程与分子尺度模拟结合,对沥青宏观及微观愈合行为进行数值表征,研究结果为其演化机制及特性描述提供参考。本文参考国内外研究成果,综述了沥青疲劳损伤自愈合特性的研究现状,其中包括沥青自愈合行为理论、沥青疲劳损伤自愈合能力评价方法及指标、沥青疲劳损伤自愈合特性影响因素、沥青疲劳损伤自愈合行为数值表征,最后展望了其未来的研究方向。     

基于元胞自动机微观模拟的随机车流与桥梁耦合振动数值研究

将经典车桥耦合振动理论与最新提出的多轴单元胞自动机(MSCA)微观车流荷载模拟方法进行融合,形成了一种精细化的随机车流与桥梁耦合振动数值分析方法。介绍了该研究所采用的车桥耦合振动理论及模型;提出了MSCA实现车桥动力分析的思路和方法,并进行了程序开发;通过具有实测时程动态挠度的工程算例,验证MSCA实现车桥耦合动力分析的准确性;将MSCA用于随机车流激励下某斜拉桥的动力效应分析中,论证基于MSCA的随机车流与桥梁耦合振动分析程序的可靠性。研究结果表明:工程算例很好地证明了该文所提方法和模型在进行车桥耦合分析的准确性,最大误差仅为11.6%;斜拉桥在随机车流作用下的静力与动力时程挠度分析显示,两者具有很好的一致性,随着路面粗糙度等级提升两者差异更加显著,说明了该模型和方法在开展随机车流与桥梁耦合振动分析的可靠性。该研究进一步拓展了MSCA在随机车流激励下分析桥梁各类动态响应的能力,为该方法程序在实桥监测与评估的应用提供了基础。