地质聚合物混凝土的冲击力学性能研究

摘 要：以矿渣与粉煤灰为原材料,制备地质聚合物混凝土（geopolymeric concrete, GC）。采用Φ100 mm分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar, SHPB）装置研究了不同强度等级的GC的冲击力学性能,包括抗压强度、变形及能量吸收特性的应变率效应问题。结果表明：GC的冲击力学性能呈现出显著的应变率相关性,强度的应变率敏感值为42.7 s-1;随着强度等级的提高,GC的变形能力反而降低。GC属于准脆性材料,相对于单一的强度或变形特性,GC的能量吸收特性更值得关注。     

EPS混凝土的冲击力学行为及本构模型

采用大直径分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置研究了多种EPS体积掺量的EPS混凝土在不同应变率下的力学行为。分析了平均应变率以及EPS体积掺量对EPS混凝土的冲击力学性能的影响。采用朱-王-唐(ZWT)模型,在试验研究的基础上,建立了EPS混凝土非线性粘弹性本构模型。结果表明：在高应变率条件下,EPS混凝土的动态抗压强度与极限应变随平均应变率的提高近似线性增长,呈现出显著的应变率相关性。随着EPS体积掺量的增加,混凝土的动态抗压强度和弹性模量降低,变形能力得到改善。本构模型提供的理论曲线与试验曲线比较接近,ZWT模型可以较为准确地描述EPS混凝土的高应变率力学行为。     

磁爆加载初始阶段薄壁金属管的冲击变形研究

通过磁爆加载初始阶段脉冲磁动力对薄壁金属管加载过程的分析,将加载过程离散为强流发生、磁场形成和冲击加载三个进程,进而建立了薄壁金属管受磁载荷冲击变形的理论模型,并在此基础上,利用MAXWELL和AU-TODYN软件联合仿真的方法研究了薄壁金属管的冲击变形特征,最后对结果进行了试验验证。研究表明:理论分析、数值仿真和试验结果吻合较好,薄壁金属管在脉冲磁动力加载下的变形趋势与其外侧包裹炸药爆炸加载的情况相似,磁动力分布及其第一峰值的时间进程直接影响薄壁金属管的最终变形。     

活性粉末混凝土高温后冲击力学性能研究

摘　要：利用分离式Hopkinson压杆系统,采用铅片作为整形器,分别对常温下、400℃、600℃及800℃高温过火后的RPC试样进行单轴冲击压缩实验。研究高温后钢纤维对RPC材料动态力学性能及吸能特性的影响规律。结果表明,高温过火前后钢纤维对RPC均有增强和增韧的作用。高温后因RPC塑性流动性能的增强,导致钢纤维的增韧作用减弱。RPC动态抗压强度高温后损失的速率高于韧性指标。分析RPC材料冲击压缩过程的能量机制,发现钢纤维提高了RPC的能量吸收率,因此能量吸收能力也得到了增强。利用SEM扫描电镜,从RPC材料微观结构变化的角度分析了其高温后宏观力学性能降低的原因。     

活性粉末混凝土高温后冲击压缩特性研究

利用分离式霍普金森压杆系统,分别对常温下、400℃、600℃及800℃高温过火后的RPC试样进行单轴冲击压缩实验.研究混杂纤维对高温过火后RPC材料抗冲击性能的影响规律.结果表明：常温下混杂纤维对RPC材料动态抗压强度和韧性均产生负混杂效应,但韧性指标降低幅度没有动态抗压强度明显.高温过火后,混杂纤维RPC 材料出现了塑性强化现象,动态抗压强度和韧性增加明显,抗冲击性能及材料完整性均优于单掺钢纤维RPC材料,出现正混杂效应.在研究范围内纤维最优体积掺量为：钢纤维2.0%、PVA 纤维0.1%.     

猪下肢骨骼的冲击压缩试验研究

水下爆炸或者陆地触雷爆炸时,人下肢骨骼极易损伤,为研究冲击载荷作用下股骨、胫骨的动态力学性能以及它们不同部位动态力学性能的分布规律,利用分离式Hopkinson压杆(SHPB)分别对股骨、胫骨的不同部位进行不同应变率下的动态压缩实验。分别得到股骨和胫骨不同部位在不同应变率下的压缩变形情况以及应力应变曲线,进一步得到它们在冲击压缩下的抗压强度。研究表明:股骨,胫骨都对应变率具有较大的依赖性;在冲击压缩条件下,股骨和胫骨动态力学性能都表现出两端较弱,中部较强的分布规律,该研究成果对以后提高人体的抗冲击能力,加强人体冲击伤的救治与防护具有一定参考价值。     

单轴动态加载下冻土的力学性能实验研究

为研究冻土单轴加载下的冲击动态力学性质,采用分离式霍普金森压杆(SHPB)在-28～-3℃不同负温下对人工冻土进行了应变率范围800～1500s-1的冲击实验.获得了人工冻土在不同温度与不同应变率下的应力应变关系,发现人工冻土具有显著的应变率效应和温度效应,即冻土动强度随应变率增大和温度的降低而增大.单轴高应变率加载下,冻土没有明显的屈服现象,加载后试样完全破坏.     

传感器壳体材料对混凝土内应力波测试影响

为研究传感器壳体材料对混凝土靶内应力波测试的影响,选用PVDF压电薄膜作应力敏感元件,不锈钢和铝作底板制作传感器,浇筑于混凝土试件中,养护28天后,用分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)进行动态加载试验,测试入射波、透射波和靶内应力波信号,对3种波形进行分析比较.试验...     

超高韧性水泥基复合材料多次冲击压缩性能及本构关系

利用直径80 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)系统进行了超高韧性水泥基复合材料(ultra high toughness cementitious composites,UHTCC)在多次冲击压缩荷载下力学性能的研究,分析了试件的应力-应变曲线随冲击次数的演化规律, 并与其他纤维增强混凝土进行对比。试验结果表明:在多次冲击荷载作用下由于损伤的累积导致加载应变率随冲击次数增加而大致呈指数递增,UHTCC的峰值强度随应变率增大而近似线性递减,峰值应变和累积吸能值逐渐增加,单次吸能值随冲击次数的增加呈先增后减的变化趋势。通过对本构模型进行探讨后发现,热激活损伤演化(TADE)模型能较好地描述UHTCC在首次冲击下的力学响应,但无法反映其在多次冲击下力学性能的演化规律;基于Weibull分布的损伤演化模型能够较好地描述UHTCC在多次冲击下的累积损伤演化规律及应力-应变曲线,在经历3次冲击作用后根据损伤程度的计算可认为试样已完全破坏,但此时试样通过PVA纤维的桥连作用仍能保持为整体,具有良好的抗破碎性。     

冲击载荷下环氧树脂动态压缩力学响应实验研究

为了从细观角度研究碳/环氧复合材料的动态力学性能,利用分离式霍普金森压杆实验装置对其组分材料TDE86#环氧树脂体系进行动态冲击压缩实验,获得不同应变率加载条件下环氧树脂的应力一应变曲线,基于应力-应变曲线分析了应变率对环氧树脂动态压缩力学性能的影响.研究结果表明:环氧树脂具有明显的应变强化效应,随着应变率的增加,环氧树脂的强度基本没有变化,最大应力时的应变逐渐减小,动态模量和压缩刚度有很大程度的提高.     

预制破片对厚壁圆管的横向高速冲击作用研究

为了获得厚壁圆管在横向高速冲击下的响应规律,进行了预制破片冲击圆管试验,得到不同冲击速度作用下圆管的响应模态及侵彻深度,并采用LS-DYNA对整个动态变化过程进行了仿真研究,获得了侵彻过程中预制破片的速度变化规律及圆管壁厚和预制破片长径比对极限穿透速度的影响规律。结果表明侵彻深度与冲击速度线性相关;圆管壁厚在7mm-8mm之间时对圆管极限穿透速度影响最大;预制破片长径比低于1.5时,对圆管极限穿透速度有显著影响,但其影响效果随自身的增大而逐渐削弱,当达到3.5左右时极限穿透速度不再变化。     

锈蚀钢筋混凝土构件基于地震损伤的恢复力模型研究

为建立锈蚀钢筋混凝土构件恢复力模型,本文通过对6个锈蚀钢筋混凝土受弯构件低周反复荷载试验,得到不同锈蚀程度的各试件的滞回曲线及骨架曲线,分析了钢筋锈蚀对试件抗震性能的影响。根据试验成果,结合钢筋锈蚀引起结构破坏形态的改变,综合考虑钢筋锈蚀后引起结构截面几何损伤、钢筋和混凝土力学性能降低、粘结滑移性能劣化以及结构刚度退化等各种耐久性损伤因素,并考虑箍筋锈蚀引起结构延性的影响,提出了锈蚀钢筋混凝土构件基于地震损伤的恢复力模型的确定方法。通过与试验进行对比分析表明模型描绘的骨架曲线和滞回曲线与试验结果总体吻合较好,所描述的现象与试验一致,该恢复力模型可在损伤钢筋混凝土结构地震反应分析中采用。     

钢筋混凝土复合防护梁的抗撞性能研究

传统结构构件设计较少考虑碰撞效应,因此有可能因碰撞荷载而引起严重的冲击破坏。鉴于此,在前期提出的刚柔复合防护结构体系的基础上,针对钢筋混凝土复合防护梁的抗撞性能进行了分析研究。在数值模拟的过程中,分别考虑了无防护、刚性防护、柔性防护和刚柔复合防护四种不同的措施以及两端固支、两端铰支和一端固支一端铰支三种不同的梁端约束形式。通过观测钢筋混凝土梁的应变、位移、加速度和冲击力等参数,可评价相应的抗撞效果。数值结果表明,提议的复合防护体系效果最好,可以有效抑制受撞构件的冲击响应;同时,构件约束形式对抗撞性能的影响也是不容忽视的。     

基于有限元模拟的人体胸部材料参数对其碰撞响应影响分析

研究目的是分析正面冲击载荷条件下,胸腔骨骼结构和软组织结构材料参数的变化对胸部不同碰撞响应参数的影响。采用一个已经建立并验证的人体胸部有限元模型,基于胸腔骨骼和软组织的多个材料参数,进行正面冲击载荷下的胸部碰撞模拟,分别输出主要的胸部响应参数值,并采用标准多项式拟合方法详细对比分析了胸部材料参数发生变化时胸腔的不同响应。结果表明胸腔骨骼和软组织材料参数的变化对正面碰撞载荷下胸部碰撞响应的影响程度各不相同。其中,骨骼和软组织材料参数的变化对胸部碰撞力（Fmax）和胸部变形量（Dmax）的影响显著,肋骨骨折数（NRF）和T12加速度（Gmax-T12）的影响次之,而材料参数的变化对胸部变形速率（Vmax）和T1加速度（Gmax-T1）的影响较小。同时,Fmax, Dmax, Gmax-T12等参数主要受软组织材料参数的影响,而肋骨骨折数（NRF）则更多受到骨骼材料参数变化的影响。     

钢筋混凝土梁动态试验与数值模拟

试验研究、数值模拟地震作用范围内加载速率对钢筋混凝土梁影响。考虑混凝土强度、钢筋强度、剪跨比、加载速率及加载模式等对钢筋混凝土梁力学及变形性能影响;基于ABAQUS有限元软件建立钢筋混凝土梁计算模型,考虑钢筋、混凝土的率敏感性,对梁试件在不同工况下动态性能进行数值模拟;模拟结果与试验结果吻合较好。     

载荷作用下EPS混凝土中弹性波传播特性研究

应用EPS混凝土来模拟含缺陷的岩石材料。对EPS粒径分别为1、2和3mm的三种EPS混凝土试样进行了载荷作用下不同频率的弹性波传播实验研究。采用单一频率脉冲叠合的方法来精确确定材料的波速,结果表明：EPS混凝土的p波波速随载荷增加在试件的开始压密实阶段有较明显的增大趋势,当试件相对密实,波速增加不是很明显;s波波速随载荷增加有一定程度增加,但幅度比p波波速增加得小得多。应用一种相对波速的方法,即将波速与当前载荷下材料的声波速度进行对比,可以较好地分析波速与载荷和频率的关系。最后对波速与载荷和频率的关系进行了理论模拟分析。此研究对于应用弹性波进行材料和结构的无损检测等技术方面有很好的参考意义。     

考虑温度因素的磁流变减振器的优化设计与实验

磁流变(Magneto-rheological简称MR)减振器在运行过程中,会出现阻尼力随温度升高而下降的现象,为了在不同温度下都能输出足够的阻尼力,在结构设计时考虑温度因素至关重要。为此,本文引入了评价系数,对较高温度下MR减振器是否有能力能够输出足够的阻尼力进行衡量,并与MR减振器的最大阻尼力和动态范围作为优化目标。利用有限元方法获得了工作区域的磁感应强度,并采用响应面法建立二阶预测模型描述了磁感应强度与结构参数之间的非线性关系;结合非支配遗传算法(Non-dominated sorting genetic algorithm II,NSGA II)对MR减振器的进行了多目标优化设计,根据优化结果制造了磁流变减振器,并进行了试验测试,验证了设计方案的有效性。     

成灌快铁线下桥式车站振动噪声实测与分析

以成灌快铁安德站为工程背景开展现场试验,实测了轨道梁、站台、候车大厅和办公室区域的振动加速度和声压,并对实测信号进行时域和频域分析。采用数值方法在频域内分析了轨道梁振动、桥墩动反力、站房振动和室内二次辐射噪声,并将计算结果与实测值进行对比。结果表明：当列车以速度190 km/h通过车站时,轨道梁振动的优势频段为40～80 Hz,竖向振动加速度峰值小于规范限值;办公室和候车大厅地面振动的优势频段为20～100 Hz,振级接近80 dB;站台处、办公室内和候车大厅内噪声的优势频段分别为300～2500 Hz、40～63 Hz和20～100 Hz,办公室内和候车大厅内的低频噪声远远超出身心舒适度限值;桥墩竖向动反力的优势频段为25～63 Hz,是引起办公室和候车大厅地面振动的主要原因;站房–土体耦合有限元模型和内部声辐射边界元模型可以较好地模拟站房振动及二次辐射噪声。     

多维动力加载条件下钢筋混凝土柱力学性能的研究

本文通过钢筋混凝土柱在多维动力加载下的试验,研究了钢筋混凝土柱在不同加载速率下的动态力学性能。试验结果表明：加载速率的提高会有效的提高构件的承载能力;随加载速率的提高,构件的刚度退化、强度退化和损伤进程均有不同程度的增强;双向加载及变轴力加载受加载速率的影响更为显著;构件发生破坏的区域更加局部化;构件的延性和变形能力有所降低,在双向加载并伴随有轴力变化的加载条件下表现尤为明显。     

航天器柔性附件对整器固有振动特性影响因素及规律分析

介绍快速求解含大型柔性附件航天器系统模态的结构动力学方法,通过对多个柔性结构模型缩聚大幅度缩减自由度,集成MATLAB与NASTRAN进行联合仿真分析。遍历附件所有可能工作姿态的系统模态,大幅提高系统模态计算效率。通过该快速求解方法进行仿真实例分析,阐明航天飞行器的系统构型、柔性附件转动角度、本体与柔性附件质量惯量比三方面对柔性附件约束模态与系统模态影响规律。