火炮发射过程中装药损伤数值模拟研究

为研究火炮发射过程弹体内部装药的损伤响应,采用节点约束-分离模拟方法对TNT和PBX9501炸药装药进行数值模拟,计算不同发射速度下弹体内部装药的损伤及破坏,计算得到了TNT和PBX9501装药损伤的临界弹体初速以及加速度载荷,数值模拟结果与实验结果吻合较好. 研究结果表明,采用节点约束-分离方法可以较好地描述弹体发射过程中内部炸药装药的损伤响应.     

钢筋混凝土结构破裂过程的数值模拟

用材料破裂过程分析系统MFPA2D对钢筋混凝土桥墩在偏心加载条件下裂纹的形成和扩展进行数值模拟·计算机模拟给出了试件的载荷加载步曲线和混凝土试件破坏过程的应力分布图及弹性模量图·最后,对试件的破坏过程进行了分析,研究表明,拉应力是裂纹扩展的动力,钢筋增强了混凝土的强度·模拟结果与实验结果很吻合·为钢筋混凝土构件的设计提供了一种新的理论方法和数值分析工具·     

火炮发射过程中装药响应数值模拟研究

为研究火炮发射过程弹体内部装药的响应,采用节点约束-分离模拟方法对PBX9501炸药装药进行损伤数值模拟,采用Visco-SCRAM模型进行点火数值模拟,计算分别得到了PBX9501装药损伤和点火的临界弹体初速. 研究结果表明,采用节点约束-分离方法可以较好地描述弹体发射过程中内部炸药装药的损伤响应, Visco-SCRAM模型和裂纹摩擦点火模型可以描述装药点火响应.     

爆炸载荷对水泥试样损伤破坏规律研究

从实验和数值模拟两方面对爆炸载荷对水泥试样的损伤破坏进行了研究.首先,在水中利用爆炸产生的爆炸冲击波对水泥试样进行损伤破坏,模拟"层内爆炸"采油技术中激波使岩石损伤开裂的现象;然后,利用波动力学理论,对激波在实验条件下对水泥试样的损伤破坏进行了数值模拟.结果表明,在冲击载荷作用下,水泥试样的损伤破坏可分为压实破坏、压实损伤、拉伸损伤、拉伸破坏4个区域,在压实损伤区水泥试样也具有较好的渗透性.数值模拟可以用来确定各种裂纹形成的应力条件,并可通过预制剖面上的裂纹分布来预测水泥试样内部裂纹分布的基本规律.     

基于XFEM的PBX炸药巴西实验断裂行为研究

为研究巴西实验测量PBX炸药间接拉伸力学行为中加载方式的影响,采用扩展有限元方法对标准巴西实验、圆弧巴西实验和橡胶垫巴西实验中PBX炸药的裂纹起裂、扩展和断裂行为进行了数值模拟,计算得到了位移和应力分布,分析了不同加载形式对圆盘试样的力学响应及变形破坏的影响.结果表明,计算得到的破坏过程,位移分布和应力分布与实验值及理论值相吻合,圆弧和橡胶垫巴西实验均可起到减小加载部位接触应力的作用,有助于防止次裂纹的产生,橡胶垫巴西实验最适合PBX炸药间接拉伸强度的测量.      

复式钢管高强混凝土轴压短柱非线性有限元分析

借助大型有限元分析软件ANSYS,结合实测结果,对复式钢管高强混凝土轴压短柱进行了数值模拟,得出的荷载—位移曲线与实验结果吻合良好。通过试件各部分纵向应力云图的分析,探讨了试件的受力及破坏机理。由于复合钢管的双重约束,复式钢管柱的承载能力及变形能力得到显著提高,具有很好的耐火性及良好的安全性。     

钢管-纤维增强水泥基符合材料混凝土叠合柱轴压性能

为了研究构造参数对钢管-超高延性纤维增强水泥基材料(engineered cementitious composites,ECC)混凝土叠合柱的轴压力学性能的影响规律,采用数值模拟方法对比分析了长细比、截面形式、钢管壁厚、纵筋直径以及配箍率对极限承载力、破坏模式和荷载-位移曲线的影响,研究不同参数的影响规律.研究结果表明:通常采用ECC混凝土替代外包普通混凝土能有效提高叠合柱的承载能力,同时能极大改善试件的延性;相同截面含钢率条件下,采用圆截面钢管的构件约束效应较好;钢管厚度与构件长细比是影响钢管-ECC混凝土叠合柱承载能力的重要参数;外包纵筋直径与箍筋间距变化对试件承载力具有提高作用;随着钢管厚度、纵筋直径的增加及构件长细比的减小,单轴荷载作用下叠合柱的承载力得到提高.     

混凝土试样单轴压缩端面效应及破坏数值模拟

采用复合型界面损伤本构模型,数值模拟了不同端面约束条件下混凝土立方体试样的单轴压缩试验,分析了端面约束对试样变形特征和破坏过程的影响.考虑两种理想端面约束条件,以试样上、下端面垂直于加载方向的侧向变形完全不受试验机加载端头限制模拟光滑端面条件,以试样上、下端面侧向变形完全被限制模拟粗糙端面条件.数值结果表明,端面粗糙条件下得到的试样峰值应力高于光滑端面,对应的峰值应变也是如此;相比于光滑端面,端面粗糙条件下试样的应力-应变曲线所围面积较大,而且曲线峰后软化段表现出更好的延性;光滑端面条件下试样破坏的宏观表现形式为轴向劈裂,粗糙端面条件下则是以在试样上、下端部形成正倒相连的锥形为特征的破坏形式.数值模拟结果可在众多的试验结果中找到佐证.     

裂纹端约束效应的J-A2双参数分析

针对经过辐照的A533B压力容器钢,采用有限元方法对单边缺口弯曲和拉伸试样进行弹塑性数值计算.分析了在-60 ℃,-40 ℃,-20 ℃,浅裂纹试样和标准深裂纹试样在不同载荷情况下裂纹尖端区域的应力场.用J-A2双参数方法对裂纹端约束效应进行了计算.结果表明,在不同温度下试样裂纹前沿张开应力是自相似的.匹配点距裂纹尖端的距离、载荷水平对约束参数A2的影响不明显,A2是与裂纹体构形和载荷形式相关的主要约束参数.最后对单边缺口拉伸试样进行加载设计,用不同的偏心载荷来模拟各种载荷形式和约束水平,给出了偏心距e与约束参数A2的关系.由此,可以在实验室里模拟结构的约束,用试验结果预测实际结构的断裂行为.     

不同柱端约束下外方内圆双重钢管混凝土组合柱抗侧向冲击动力性能研究

为研究不同柱端约束作用下方形空心钢管混凝土柱受冲击后的动力性能,对已有试验的钢管混凝土柱进行模拟,验证了有限元模拟分析的可靠性。基于有限元模拟,完成了16个钢管混凝土柱的水平横向冲击数值模拟,分析不同柱端约束条件和柱端轴力大小对钢管混凝土侧向冲击动力性能的影响。结果表明:方形空心钢管混凝土柱受到冲击作用后,冲击侧发生局部鼓曲,冲击部位主要表现为剪切变形,而另一侧主要表现为弯曲变形;柱端未施加轴力条件下,加强柱端约束均有利于提高柱抗侧向冲击动力性能,减少冲击部位和柱整体的变形;柱端约束相同的条件下,柱端施加轴力会对试件抗侧向冲击性能产生不利作用;在固端约束条件下,轴力为柱轴压承载力0.01倍时,冲击力峰值达到最小值,随后冲击力峰值得到一定程度的回升,此时轴压力对空心钢管柱起到一定的保护作用;施加轴力后的悬臂柱由于悬臂端受到轴压力的限制,间接增大了悬臂柱的约束,导致试件柱比预计吸收更多能量。     

加载制度对螺栓球节点组合试件低周疲劳性能的影响

为了研究加载制度不同对螺栓球节点组合试件低周疲劳性能的影响,采用4种加载制度对8个相同试件进行轴向往复加载低周疲劳试验,研究了螺栓球节点在不同加载制度下的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、累积耗能以及承载力退化规律。结果表明：在不同加载制度下,螺栓球节点组合试件的破坏形态基本相同,破坏发生在中间螺栓球节点处,经历了弯曲失稳、高强螺栓产生裂纹、裂纹扩展直到最终发生断裂等过程,破坏螺栓有颈缩现象,所有螺栓的螺纹丝扣均有较严重变形与磨损,超低周疲劳寿命很短;加载制度对试件超低周疲劳性能影响显著;试件的滞回曲线为捏拢类型、不饱满、不对称、耗能能力较小;不同加载制度的试件骨架曲线,无论受拉还是受压均基本重合,因损伤积累过程不同断裂点会有所不同;螺栓球节点的抗弯刚度很弱,在所连接的杆件弯曲时会诱发螺栓的折断,引起结构的连续破坏。     

PEC柱钢梁摩擦耗能部分自复位组合框架抗震性能数值模拟

为更好满足建筑结构不同抗震性能化设计目标,对已有自复位连接节点弯矩转角关系进行改进,提出摩擦型耗能部分自复位连接设计思路.利用ABAQUS软件设计了5榀卷边PEC柱钢梁摩擦耗能型部分自复位连接组合框架模型试件,并对其在往复荷载下的抗震性能进行了数值模拟.基于模拟数据,对比分析柱顶竖向力、摩擦板长圆孔孔径、柱脚边界条件和...     

岩石宏细观弹塑性损伤破坏对比研究

为了考虑岩石内细观局部塑性变形,基于应变空间理论导出岩石弹塑性损伤增量本构方程,提出了在计算程序中用破坏单元网格消去法清晰模拟裂纹扩展的方法,解决了有限元模拟裂纹的难题,分别从宏观尺度和细观尺度研究了岩石I型裂纹弹塑性损伤破坏问题。对比分析表明,宏观尺度研究I型裂纹扩展符合断裂力学理论分析;细观尺度研究岩石破坏过程能深入解释细观破坏机理,岩石宏观破坏直接与其内部的细观损伤破坏有关;三维数值模拟破坏过程比二维破坏更为复杂;大理岩偏三点弯曲梁弹塑性损伤破坏数值模拟得到的结果与试验结果较为吻合,验证了新建细观尺度模型模拟岩石破坏问题的合理性。     

循环载荷作用下岩石声发射时空演化规律

利用先进的声发射测试分析系统对细粒砂岩进行了声发射定位试验。通过对循环载荷作用下细粒砂岩声发射定位试验研究,分析循环载荷作用下岩石变形破坏全过程的声发射时空演化特征及其损伤演化规律。试验结果表明:静态加载阶段的声发射信息很好地反映了岩石在压密阶段、弹塑性变形阶段的损伤演化规律;循环阶段初期声发射都由小裂纹产生的小事件组成,持续时间及能量值都比较小,空间定位结果显示了事件大都在静态加载阶段形成的成核区产生,且空间事件点变化不快;循环中期声发射能量在时间上变化不大,偶有起伏,空间上事件点变化缓慢,每循环只有少量增加,在时空上都处于一个稳定发展阶段;循环末期每循环的声发射事件数、能量值都急剧增加,特别是破坏阶段达到最大值,事件点由能量高、持续时间长的大事件组成,空间演化迅速,事件点在成核区不断聚集并快速连接,不断向顶部扩散,最后容汇贯通形成宏观破裂面;峰后由于破裂面相互滑动摩擦带动附近的弱结构单元形成新损伤,继续产生声发射,且在完全停止加载后因岩石内部寻求新应力场平衡仍有少量声发射。     

精冲断裂过程的有限元模拟

从材料细观损伤角度对精冲原理进行了研究．开发了基于空穴材料的刚塑性有限元分析系统，该系统可以估算精冲材料的损伤状态，判断材料失效并模拟裂纹的扩展与汇合状况．利用该系统模拟了精冲过程中塑性变形与韧性断裂现象，预测工件断面光亮带高度，研究凸凹模间隙与剪切面质量关系，并与试验数据进行了对比．研究发现，凸凹模间隙与工件剩余厚度之比是影响断面质量的关键因素．     

巷道围岩卸荷破坏裂隙发展模型试验研究

为了深入研究巷道围岩卸荷破坏裂隙发展规律,针对试验考察巷道突然开挖卸荷后周边围岩裂纹的扩展状况,自行设计巷道卸荷试验装置和试验方法,采用有机玻璃板模拟围岩,中心挖去缺口部分代表巷道,遵循试验模拟的相似模型准则来设计试验,并采用高速摄影方法对模型裂缝的发展进行拍摄.试验结果表明:围岩中的弱面不但是加载过程中最容易破坏的位置,也是卸荷破坏过程中强度最薄弱的位置;裂纹的扩展方向与主要卸荷方向垂直,属于拉伸破坏类型;卸荷后在巷道的角部产生了拉应力集中.     

圆形孔蜂窝型钢高强混凝土梁受弯性能研究

为研究圆形孔蜂窝型钢高强混凝土梁的受弯性能,设计制作了4根试验梁,并对其进行受弯加载试验。研究表明:圆形孔蜂窝型钢高强混凝土梁的受力过程可划分为弹性工作阶段、弹塑性工作阶段及破坏阶段;试验梁在加载过程中没有过早开裂,并且试件在屈服后依然有着较高的安全储备;试验梁破坏时的挠度值均在14 mm以上,远大于规范规定限值,表现出了良好的变形性能;基于试验结果,利用ABAQUS软件对试件进行非线性有限元分析,结果显示,两者吻合较好,进一步拓展分析可知:型钢及混凝土强度对试件初始阶段的弹性刚度影响不大,随着型钢或混凝土强度的增加,试件承载能力会逐渐上升,而其延性系数则会逐渐下降。     

复合载荷作用下大晶粒铝裂纹尖端延性损伤行为的研究

应用电镜原位拉伸方法研究了复合载荷（Ⅰ＋Ⅱ型）作用下大晶粒铝裂纹尖端的塑性变形行为和延性损伤过程，用有限元结果对复合型损伤进行了力学分析。结果表明：在复合载荷作用下，裂纹尖端受相反塑性变形作用，裂尖变形符合锐化－钝化模型，异于纯Ｉ型载荷下的钝化模型，是多系滑移的结果。延性材料裂尖的损伤发生在钝化区域（裂尖的均匀滑移区）而非锐化区（裂尖的集中滑移区）。裂尖的启裂是沿应力三轴性水平最大方向进行，此方向     

Q345B钢框架梁柱节点焊缝低周疲劳试验

为了研究不同加载制度下的钢框架梁柱节点焊缝低周疲劳性能,设计并完成了六个足尺全焊接梁柱节点焊缝低周疲劳试验,研究了节点焊缝的疲劳裂纹萌生及扩展规律,分析了循环幅值、加载历程对节点疲劳性能的影响,比较了在常幅、变幅及随机荷载作用过程中的疲劳损伤累积程度。结果表明:在三种加载制度下,梁翼缘焊接孔处焊趾最易萌生疲劳裂纹,最终断裂的路径均为焊接孔焊趾裂纹斜向发展,与翼缘焊缝端部裂纹汇合,造成全截面断裂;试件直接经历等幅大变形对节点的疲劳性能较为不利,经历由小变形到大变形的加载过程更能发挥耗能能力;常幅加载的幅值越大,节点累积损伤的速率越快,越早发生疲劳断裂.