混凝土开裂的三维非线性数值模拟

作为一种准脆性材料,混凝土在发生开裂后将表现一定的应变软化特性。该文将Bazant提出的钝断裂带模型,扩展到考虑剪切软化情形,推导出全量算法的三维弥散软化本构关系,并对线性、双线性两种应力应变软化关系采用简化的割线模量折减系数,应用于混凝土开裂扩展的三维数值模拟。通过对比三点弯梁试验的数值模拟结果与试验结果,以及与二维增量关系模型的计算结果进行比较,验证了该模型能较好地模拟混凝土开裂行为。     

脆性材料断裂试验刚性加载架的工作原理及其应用

对混凝土断裂试验全过程的力学关系进行分析，确定了脆性材料断裂稳定破坏的试验条件和试验机的刚度条件。介绍了自行设计、制造刚性加载架，并前后完成混凝土，岩石小、中、大标准尺寸的系列化断裂试验，使脆性材料的断裂行为特别是应变软化特性得以明显显示的情况。     

基于试验非拟合混凝土本构方程

目的建立混凝土单轴拉伸和压缩应力-应变方程.方法基于混凝土单轴拉伸和压缩的试验数据,研究应力-应变变化规律,抛弃传统的拟合方法,直接由混凝土基本性能(初始弹性模量、峰值应力、峰值应变和应变软化性态)导出应力-应变方程.结果全程应力-应变方程由强化方程和软化方程给出,在峰值应力之前,强化方程为单调增且二阶导数为负的曲线,与试验结果曲线相符.在峰值应力之后,用不同的软化方程表示试验软化曲线.结论笔者提出的混凝土本构方程与很多实验数据相符,方程中的参数具有明显的力学意义,形式简单,便于理解,能很好的应用于混凝土本构关系的研究中.     

结构接触面剪切特性及软硬化损伤模型

采用大型直剪仪进行了黏性土、砂土两种土样与混凝土接触面的直剪试验,研究了不同法向应力条件下,土与混凝土接触面上的应力、应变及破坏强度等特征.试验结果表明:对于黏性土与混凝土接触面的剪切加载,剪切过程表现出应变软化特性,残余应力水平趋于稳定状态;砂土与混凝土接触面的剪切过程主要表现为应变硬化,残余应力缓慢增长.针对土与结构接触面剪切特性,从损伤力学理论出发提出了考虑应变硬化和软化特性的结构接触面剪切损伤本构模型及模型参数确定的方法.该模型能充分反映土-结构接触面的应变软化和硬化特性,参数较少,方便实用.     

结构性Q2,Q3黄土的力学特性对比研究

通过时Q2和Q3黄土的单轴压缩和常规三轴试验研究，对两种黄土单轴压缩曲线和CU剪切的应力应变曲线特征进行分析比较，探讨了两种黄土应力应变本构模型。研究表明：强软化型Q2黄土应力应变关系，可采用强软化型模型进行描述，并对其模型参数进行了分析；弱软化-硬化型Q3黄土应力应变关系可用两参数的指数模型描述，也可用强软化性模型描述。     

纤维增强混凝土拉伸软化本构方程的实验确定方法

本文提出了用带切口梁的三点弯曲试验确定纤维增强混凝土拉伸软化本构方程的方法。通过切口染三点弯曲试验获得的载荷——加载点位移曲线可间接得到纤维增强混凝土在拉伸过程中断裂过程区的能量损耗和拉伸分离位移之间的定量关系，由此即可通过数值方法拟合出其拉伸软化本构方程。     

钢筋混凝土框架短柱复合受力强度分析模型

采用桁架－拱模型，利用平衡条件，协调条件和砼软化应力，应变关系以及钢筋的应力－应变关系，对钢筋砼框架短柱剪强度进行了分析，并利用该方法对国内所做６３个普通砼框架短柱的试验结果进行了强度分析，计算结果与试验结果符合较好。在此基础上，利用陶粒砼的软化应力－应变关系，对作者进行的９根钢筋高强陶粒砼框架短柱试验结果分析，亦取得了较好的效果。     

钢筋混凝土薄膜元裂缝角软化桁架模型

提出钢筋混凝土裂缝开展角计算公式和钢筋混凝土裂缝角软化桁架模型。这种模型满足二维应力平衡条件、莫尔应变协调条件和混凝土双轴软化本构关系。它不仅能预估钢筋混凝土的强度,特别是开裂后的剪切强度,而且能表达荷载—变形非线性关系的全过程。     

混凝土材料的SHPB试验及动态性能分析

通过SHPB试验研究了混凝土材料的动态性能。考虑到SHPB装置存在的诸如应力应变不均匀、大尺寸产生的应力波弥散等缺陷,试验中选用了φ37mm的SHPB研究了混凝土材料在中应变率时的动态响应,并以试验数据为依据,分别阐述了混凝土材料的应变率效应、骨料对混凝土材料的动态响应影响及混凝土材料的应变硬化和应变软化现象。结果表明：混凝土在一定应变率范围内随着应变率的增加,其动态一静态抗压强度比呈对数线增加,且动态响应由硬化向软化过渡;骨料的抑制作用是混凝土材料表现出弹塑性特征的关键因素,也使得SHPB试验测得的混凝土动态响应曲线呈现振荡。     

混凝土裂缝扩展阻力曲线

近年来徐世Lang和H．W．Reinhardt提出的基于粘聚力的裂缝扩展阻力曲线（KR阻力曲线），揭示了准脆性材料裂缝扩展过程中粘聚力与裂缝扩展阻力之间的关系，反映断理解过程区软化特性的混凝土软化本构关系与KR阻力曲线的解析密切相关。为了获得较为精神的KR阻力曲线，首先应确定合理的软化本构关系。结合混凝土三点弯曲切口梁试验，就软化本要关系、试件尺寸、材料强度对KR阻力曲线的影响进行了研究。     

峰后软岩应变软化渗流特性

为探讨峰后软岩的应变软化特性对渗流过程的影响,以新集矿两组砂质泥岩岩样为研究对象,基于裂隙损伤有效应力理论,研究了峰后软岩的应变软化特性和渗流特性,分析了软岩的应变软化渗流机制。结果表明：峰后软岩渗透性能较弱,同时软岩受到结构面、孔隙率的影响应力降存在突跳现象,且软岩渗流过程与损伤度、应力降、应变软化率有很大的相关性,表现为损伤度越大,应力降越大,应变软化率越大,相应的渗透率也越大。     

深埋隧道围岩应变软化模型参数的正交设计

研究高应力环境下岩体单元塑性软化变形对深埋隧道围岩位移的影响规律,采用基于莫尔库仑与拉破坏复合破坏准则的应变软化模型对深埋隧道的开挖卸荷进行数值仿真,按照正交实验方法设计计算方案。根据计算结果,得出应变软化模型力学参数对围岩水平收敛位移影响程度的大小,建立围岩水平收敛位移与应变软化模型力学参数之间的经验公式,为深埋隧道围岩的稳定性分析提供了理论依据,对实际工程施工也有重要的参考价值。     

钢中动态再结晶力学测定及其数学模型

采用物理模拟的方法，对W18Cr4V高速钢和H13热作模具钢热变形过程中的动态再结晶规律进行了研究，提出采用加工硬化率-应变图可以判断动态软化的开始和结束所对应的应变．与传统的采用应力-应变图的方法相比，该方法具有准确、直观的优点．采用该方法，可以判断动态软化的类型．建立了W18Cr4V高速钢和H13热作模具钢的动态再结晶的动力学、晶粒尺寸的数学模型．     

冷锻模具材料高速基体钢应变控制室温疲劳性能

对冷锻模具材料高速基体钢进行了室温下的单轴静态拉伸试验和应变控制单轴对称拉压低周疲劳试验,获得了静态拉伸力学性能和低周疲劳性能参数.通过对试验数据进行拟合,得到了高速基体钢材料在室温下静态单调拉伸应力-应变关系、循环应力-应变关系以及循环应变-寿命曲线.试验结果表明,该模具材料在本试验控制的循环应变幅范围内发生了循环软化,疲劳断裂之前未观察到明显的应力饱和现象.以控制应变幅为1.5%的试样为例,对材料的低周疲劳行为特性进行了分析.材料的循环应力响应分为明显软化,软化效应减弱和瞬时断裂3个阶段.     

考虑刚度劣化影响的岩石峰后应变软化模型

为反映刚度劣化对峰后力学行为的影响,提出描述刚度劣化程度的新参数,即刚度劣化指数.将峰后黏聚力和峰后内摩擦角假设成塑性剪切应变的函数,基于广义莫尔库仑准则,建立岩石峰后应变软化模型.利用北山花岗岩试验数据对模型进行验证.结果表明:模拟结果与试验数据规律吻合度较高,建立的峰后应变软化模型较为合理,为岩石峰后软化过程的模拟提供新的方法.     

研究金属材料高温动态拉伸性能新方法

采用自行设计带有小型加温装置的改进的分离式Hopkinson拉杆装置测试了金属材料在高温条件下的动态拉伸性能,并用修正的Johnson-Cook模型作为材料的本构关系,提出了一种拟合金属材料在弹性及塑性阶段应变率及温度相关的损伤模型,并拟合出参数.结果表明:改进装置能够精确控制加温速率及温度,减小杆端软化的影响,测试结果相对误差小于1.5%;金属材料304不锈钢的屈服应力及断裂应变具有明显的正应变率效应的温度软化效应,但材料弹性模量具有负应变率效应和负温度效应;在293—625K之间计算结果和试验结果吻合较好,表明可用这种方法测试及估算材料高温动态力学性能,并用于工程分析.     

基于强度参数演化的裂隙岩体峰后应力-应变关系求法

完整岩块峰后应力应变关系的表达不能较好反映裂隙岩体峰后特性,为得到适合裂隙岩体峰后应力-应变关系,在试验数据基础上,基于库伦强度准则,分析裂隙岩体峰后强度参数的演化行为。根据裂隙岩体在不同围压和裂隙倾角时的不同峰后特性,将峰后应力-应变关系简化为A和B两种类型。以应变作为应变软化参数,假设黏聚力、内摩擦角为应变的分段线性函数,给出裂隙岩体峰后两种类型应力-应变关系式的求法。将A和B两种类型应力-应变关系式算出结果与试验结果进行比较,得出用裂隙岩体的应力-应变关系求得峰后应力-应变曲线与试验数据基本一致。     

水泥改良土力学特性试验研究

在大量动静三轴试验的基础上,研究了水泥改良土试样的应力-应变关系,掺和比及围压等影响因素,以及临界动应力、累计塑性应变、弹性应变及回弹模量的变化规律,同时,还研究了水泥土的回弹模量和动弹性应变与振动次数的变化规律.试验结果表明:水泥土的应力-应变曲线呈软化型,存在明显的应力峰值点;动应力存在一个临界值,土体的变形分为衰减型、破坏型及临界型;水泥土的临界动应力是素土的两倍以上,随掺和比的增加而增长,但增长趋势变缓.