混凝土HJC动态本构模型的研究

文章运用显式非线性动力分析软件LS-DYNA,选用HJC动态本构模型对混凝土SHPB试验进行了一系列的数值模拟,对HJC动态本构模型的理论框架以及材料参数的力学特点进行了探讨和研究.研究表明,HJC动态损伤本构模型服从塑性形变理论,但静水压力的影响不能忽略.HJC模型反映了混凝土材料横向效应导致的非力学行为的增强效应,但其大小与材料的失效方式和失效应变数值相关,不能简单地将混凝土材料的应变率效应解释为完全的横向效应.     

中高应变率下沥青混凝土动力增长系数研究

为研究沥青混凝土材料在强动载条件下的动态性能,采用液压伺服试验机和霍普金森压杆(SHPB)对沥青混凝土进行了不同应变率下的压缩试验,得出了中高应变率下沥青混凝土材料的动力增长系数(DIF)和材料的动态应力-应变关系曲线.运用考虑应变率效应的弹塑性损伤模型对沥青混凝土的SHPB试验进行模拟,并通过室内试验确定本构模型中的关键参数,如强度面曲线和损伤因子等.结果表明:采用液压伺服仪和SHPB可以有效地得出沥青混凝土在中高应变率下的动力增长系数,沥青混凝土抗压强度随着应变率的提高而增加;采用室内试验可以快速准确地确定弹塑性本构模型中的相关参数,用以表述沥青混凝土的应力-应变关系;当数值模拟中采用SHPB试验中获取的动力增长系数时,将导致惯性效应的重复,故对沥青混凝土材料进行高应变率下数值模拟时,应不考虑SHPB试验中由于环向惯性效应所引起的那部分动力增长系数,即需要对SHPB试验所得的动力增长系数做修正.     

混凝土SHPB束杆试验的数值模拟

利用Ansys/Ls-dyna有限元软件对混凝土SHPB束杆试验进行了数值模拟研究.获得了砂浆混凝土的部分HJC本构模型参数,在此基础上模拟了试验过程中的应力波信号、试件的应力应变曲线和破坏形貌变化过程,模拟结果与实测结果有良好的吻合性.研究表明,获得的HJC模型参数是可信的,并分析了模拟冲击过程中试件内部应力、应变和破坏形貌的变化.     

碱矿渣混凝土动态压缩性能试验研究及数值模拟

为研究碱矿渣混凝土(AASC)材料的动态压缩性能及损伤破坏机理,以应变率(39 s~(-1)、57 s~(-1)、75 s~(-1))为变量,开展了动态压缩性能试验;并对试验结果进行分析,获得三种应变率条件下该材料的应力-应变关系曲线。曲线分析显示其峰值应力和应变均随应变率的提高而增大,表明AASC属于应变率敏感材料。采用HJC本构模型开展动态压缩数值模拟,结果显示应力-应变关系曲线数值模拟结果与试验结果较为吻合,其累积损伤破坏过程是由中心向外围逐渐破坏。     

碱矿渣混凝土动态压缩性能试验及数值模拟研究

为研究碱矿渣混凝土(AASC)材料的动态压缩性能及损伤破坏机理,以应变率(39 s~(-1)、57 s~(-1)、75 s~(-1))为变量,开展了动态压缩性能试验;并对试验结果进行分析,获得三种应变率条件下该材料的应力-应变关系曲线。曲线分析显示其峰值应力和应变均随应变率的提高而增大,表明AASC属于应变率敏感材料。采用HJC本构模型开展动态压缩数值模拟,结果显示应力-应变关系曲线数值模拟结果与试验结果较为吻合,其累积损伤破坏过程是由中心向外围逐渐破坏。     

钢纤维混凝土冲击性能的有限元研究

为研究钢纤维混凝土在不同应变率冲击作用下的力学性能,利用ANSYS几S-DYNA有限元软件,采用Holmquist-Johnson-Cook(HJC)本构对SHPB实验进行模拟研究,通过与实验研究结果对比得出,数值模拟得出的应力波图和应力-应变曲线图与实验结果吻合度较好,且峰值应力误差不超过3.68％.同时对试件承载过...     

CGM水泥基灌浆料力学特性及动态本构模型

为研究C-Type Grout Material(CGM)水泥基灌浆料力学特性,以及在动态加载条件下破坏失效规律,开展一系列静、动态力学测试,标定该材料Holmquist-Johnson-Cook(HJC)动态本构模型参数,基于LS-DYNA软件开展了Split Hopkinson Pressure Bar(SHPB)试验有限元动力模拟。实验结果表明：CGM水泥基灌浆料力学性质稳定,单轴受力条件下表现出明显的脆性,在有围压条件下加载具有显著的弹塑性,动态加载条件下率效应明显,应变率达到119 s-1时,动态峰值强度可提高1.62倍。数值模拟结果表明：使用本文试验数据标定的HJC本构模型参数,可准确预测CGM水泥基灌浆料在不同应变率下破坏前的峰值应力和峰值应变,为该材料在动态冲击作用下应用提供参考依据。     

再生混凝土动态冲击性能

再生混凝土技术实现了建筑资源循环和建筑垃圾治理难的问题。目前再生混凝土在框架节点抗震、装配式建筑、钢混结构等方面应用较为广泛,然而在防护工程方面的研究相对较少。本文在现有的再生混凝土SHPB试验基础上,采用动力有限元软件LS-DYNA对再生混凝土的冲击压缩性能进行了数值模拟研究,选用HOLMQUIST-JOHNSON-COOK模型作为再生混凝土的本构模型,根据试验结果标定了本构模型参数,在此基础上进行了拓展工况研究,并建立了再生混凝土DIF计算模型,研究结果表明：HJC模型能够较为准确地模拟再生混凝土在高应变率下的动态压缩力学性能;CEB推荐的DIF计算模型不适用于再生混凝土,本文建立了新的DIF计算模型;应变率为71.7 s-1时,试件开始出现轻微损伤,应变率达到200 s-1后,试件呈现粉碎性破坏。     

C45珊瑚混凝土的冲击压缩性能试验及数值模拟

为了研究珊瑚混凝土(CAC)的动态力学性能,采用试验研究和数值模拟相结合的方法对强度等级为C45的CAC冲击压缩性能及破坏特征进行了分析.首先,通过实验得到了CAC的压缩强度、应力-应变曲线和破坏特征;然后,采用HJC模型对其冲击实验进行数值模拟,并将模拟结果与试验结果进行对比,分析HJC模型及其参数的可靠性.结果表明:冲击压缩荷载作用下的CAC呈典型脆性破坏形态,其抗压强度具有明显的应变率效应;可以采用欧洲混凝土委员会推荐的计算模型来分析预测CAC的动态增强因子;动态屈服强度试验值与模拟值的误差(1.76%～7.71%)在允许范围内,说明HJC模型及其模型参数在C45 CAC的冲击力学性能分析方面具有较高的可靠性.     

动态劈裂实验的数值模拟及讨论

利用分离式霍普金森压杆(SHPB)可以进行混凝土类材料高应变率下的劈裂实验,目前公认的方法是通过透射波信号得到劈裂强度和相应的平均应变率.文章通过数值模拟对这种方法的有效性进行了讨论,发现在高应变率下,混凝土劈裂不满足中心开裂条件.因此上述基于弹性静力学平面问题的传统处理方法会产生一定的误差.文章还分析了不同试样尺寸对动态劈裂实验精度的影响.     

混凝土材料SHPB主动围压实验的数值模拟

文章利用LS-DYNA软件,采用混凝土HJC动态本构模型,对Φ74mm分离式变截面霍普金森压杆主动围压实验做了数值模拟;通过在试件径向施加恒定压力的方法模拟主动围压的作用,试件单元的压力时间历程曲线显示该方法可以获得恒定、均匀的围压值,即该方法可以对SHPB主动围压实验进行合理的模拟;利用上述主动围压模拟方法对混凝土材料主动围压下的力学性能进行了研究,模拟时采用弥散较小的三角形速度波加载,并利用波形良好的入射波、透射波重构了混凝土的应力应变曲线,重构结果显示混凝土材料在围压作用下力学性能发生变化,混凝土峰值应力、峰值应力对应的应变、韧性都随围压的增大而增加,与理论结果相符。     

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。     

聚丙烯纤维混凝土动态力学性能SHPB试验研究

通过对不同含量聚丙烯纤维混凝土材料进行不同应变率的SHPB试验,试验结果表明,聚丙烯纤维混凝土的强度、韧度都随着聚丙烯纤维含量的增加而显著提高,并且在高应变率下,聚丙烯纤维混凝土呈现出“裂而不散”的破坏形态。     

基于细观颗粒元的混凝土弯曲试验模拟与率效应

为研究混凝土动态力学性能、解释混凝土材料动力破坏机理,该文基于颗粒元(PEM)建立细观模型,模拟混凝土动力弯曲试验,并进行率效应研究。数值仿真中以不同加载速率进行弯曲试验,得到混凝土抗弯强度的率相关强度增长系数(DIF),再现了不同应变率下弯曲破坏模式。数值仿真模拟得到的弯曲应力-应变结果和破坏现象与试验吻合良好,证明了数值模型的有效性。通过对破坏过程进行分析,高应变率条件下混凝土梁产生多条裂纹,表现出与低应变率条件完全不同的破坏形式,这是混凝土动强度提高的主要机理。     

碾压混凝土真实应变率效应试验

为深入研究碾压混凝土动态力学特性,借助分离式霍普金森压杆(SHPB)装置对3种不同直径圆柱试样进行了冲击压缩试验.试验结果表明:碾压混凝土材料具有显著的应变率效应和尺寸效应;混凝土类材料的动态抗压强度增强是材料自身特性、惯性效应和端面摩擦效应三者作用的结果,确定碾压混凝土的真实应变率效应对碾压混凝土结构冲击荷载下动态响...     

基于细观模型的超高性能钢纤维混凝土SHPB试验数值模拟

超高性能钢纤维混凝土是一种极具创新性的水泥基复合材料,具有优异的力学性能,在结构抵抗极端荷载方面潜力突出.为研究超高性能钢纤维混凝土动态力学性能,利用LS_DYNA软件建立了由砂浆和钢纤维组成的细观数值模型.首先,通过静态压缩和劈裂试验对细观模型进行了验证.其次,对霍普金森压杆(SHPB)试验进行了数值模拟,并在细观尺度上解释了应力-应变历程,研究了钢纤维含量对超高性能钢纤维混凝土动态性能的影响.研究结果表明,该模型能够很好地预测超高性能钢纤维混凝土的静态和动态性能;当钢纤维在合理范围内(0%–2.5%)时,超高性能钢纤维混凝土动态强度随着钢纤维体积率的增加而显著增大;然而,超高性能钢纤维混凝土动态增强因子低于传统混凝土材料.同时,定量分析了钢纤维增强效果,并在试验和数值模拟的基础上推导了超高性能钢纤维混凝土的动态本构关系.     

RPC材料冲击加载下的横向惯性和应变率效应

对3种钢纤维含量活性粉末混凝土(RPC)的冲击压缩性能进行了实验研究和数值模拟.为消除SHPB(Split Hopkinson Pressure Bar)冲击实验中的高频弥散和实现近似恒应变率加载,实验过程中采用了波形整形技术.考虑到RPC材料具有静水压力效应,其冲击加载下动态强度的提高实际是应变率效应和横向惯性造成的静水压力效应共同作用的结果.为了将二者加以区分,采用数值模拟结合静态围压实验确定材料的横向惯性效应,在此基础上,RPC材料的真实应变率效应被实验确定.     

高温后混凝土动态力学性能时间效应试验

采用ANSYS软件模拟C60混凝土试件加热过程中的温度场,确定不同温度组试件的加热时间.利用高温SHPB试验装置进行不同加热长的高温后混凝土冲击压缩试验,分析了高温和加热时间对混凝土动态压缩力学性能的影响.结果表明:经历高温后且不同加热时间的混凝土材料,在自然冷却后表现出明显的温度软化效应和时间效应;在不同高温后,随着加热温度的升高混凝土动态抗压强度逐渐减小,峰值应变先增大而后略微降低且始终大于室温条件下的峰值应变;在相同温度且不同加热时间的条件下,混凝土随着加热时间的增加,其动态抗压强度不断降低,峰值应变总体上先增大后减小,弹性模量减小.     

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。     

脆性材料SHPB试验中实现近似恒应变率加载必要性的研究

基于分离式霍普金森压杆(SHPB)试验的数值模拟,对脆性材料SHPB试验中是否需要实现近似恒应变率加载的必要性进行了研究。结果表明在脆性材料的SHPB试验中,即使整形入射应力波在反射应力波中产生了一个近似平台,脆性材料试样中仍旧存在显著的由惯性产生的径向围压,说明在SHPB试验中实现了由反射应力波中的近似平台所表征的近似恒应变率加载也不能表示SHPB试样中的应变率为近似恒定。因此,在脆性材料SHPB试验中应用波形整形技术并不能改变转折应变率表征SHPB试样中应力状态转变的特性。无论是否采用了波形整形技术,应用脆性材料SHPB试验结果时都应考虑惯性引起的径向围压的影响。