界面均质度对混凝土单丝拉拔性能影响的数值模拟研究

建立混凝土单丝拉拔数值模拟模型,研究了界面均质度变化对单丝拉拔构件力学性能的影响,获得了拉拔构件荷载-位移曲线、声发射累计曲线及界面剪应力分布曲线等。研究表明:界面均质度变化对拉拔构件峰值荷载及劣化过程影响较大;声发射累计数随界面均质度增加而增加;同时界面剪应力分布曲线随着界面均质度增加而趋向平滑。     

界面强度对混凝土双丝拉拔性能的影响

从细观角度考虑界面、骨料、钢丝、混凝土基体四相材料物理力学参数的非均匀分布,利用有限元软件建立双丝拉拔数值模拟模型,研究界面强度变化对双丝拉拔试件破坏模式和力学性能的影响,给出双丝-混凝土基试件在位移加载下的荷载-位移曲线、声发射计数曲线和剪应力分布。研究表明:界面强度变化会改变拉拔试件的破坏模式和声发射现象。界面强度较低时,双丝拉拔试件峰值荷载和韧性随界面强度增加而增加;而界面强度较高时,界面强度的提高对峰值荷载和韧性影响不明显。     

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。     

三维纤维过滤介质压力损失数值模拟

目前纤维过滤介质压力损失的研究大多基于纤维的二维规则排列及低速过滤状态,这与实际过滤介质构造及过滤运行状态存在一定的差异.基于VBA编程,创建三维随机排列纤维过滤介质模型,采用计算流体动力学(CFD)软件模拟计算其内部流场,研究低速及高速过滤状态下压力损失与速度的关系,研究结果表明:模型内部的流体流动呈现线性流区和非线性流区两种流动区域,且两种流动区域的雷诺数临界值为0.33;当流体平均速度大于0.3 m/s对,压力损失与流体平均速度不再是简单的线性关系.通过对模拟数据的分析,提出了适合于线性流区及非线性流区的压力损失-流体平均速度关系表达式.     

网上模拟三维物理实验的格式

在网络上以三维模型模拟、演示物理实验的过程,是物理教学的重要补充,本文讨论了可以模拟三维物理实验的Web3D的若干格式.     

混凝土损伤断裂的三维细观数值模拟

提出一种在细观层次建立混凝土三维随机骨料随机力学参数模型的方法.将损伤力学与计算力学相结合,基于ANSYS软件平台进行二次开发,建立2组混凝土立方体湿筛试件的数值模犁:第1组模型模拟3种不同的骨料随机分布;第2组模型模拟混凝土各相材料主要力学参数的随机性,分别假定其参数符合对数正态分布和Weibull分布.通过对这2组模型的轴压进行模拟,揭示混凝土在轴向压力作用下单元的渐进损伤和裂缝的萌生与扩展过程.研究结果表明:数值模拟得到的混凝土立方体抗压强度与试验测得的抗压强度较接近;骨料的随机分布会影响试件裂缝产生的位置和扩展路径,但其对试件承载力的影响不大;混凝土各组成相材料参数的非均匀性降低了试件的极限承载力,采用Weibull分布能较好地表征材料参数非均匀性的影响.     

弹体侵彻混凝土的三维数值模拟研究

随着技术的发展,弹体侵彻速度已经由低速侵彻(侵彻速度<900 m/s)向高速侵彻(1 200 m/s<侵彻速度<1 700 m/s)发展. 这将导致弹体的侵彻性能发生本质性变化,严重影响弹体在混凝土中的运动轨迹,甚至会导致弹体的破坏与失效. 侵彻过程中弹体所受到的压力极高,并且会产生大变形,对该过程进行全物理场的数值模拟需要处理大变形、多物质界面以及各类强间断的问题. 针对三维冲击问题数值模拟的困难,课题组设计了三维爆炸与冲击问题高性能仿真软件(Explosion-3D). 采用该软件对弹体高速侵彻混凝土进行数值模拟研究,弹体材料选用普通的45#钢,研究其在高速侵彻下的弹体形状的变化情况,采用对混合网格的处理来描述弹体的磨损. 数值模拟结果表明,对于45#钢这类普通材料,当其高速(1 400 m/s)侵彻混凝土时,弹体头部将出现严重变化且侵彻深度急剧下降.     

全长粘结岩石锚杆拉拔数值模拟

岩石锚杆已经在岩体边坡和隧道开挖加固中得到了成功的应用,但锚杆锚固段内的具体受力分析仍然没有得到清楚的解决.从锚固段受力连续性理论出发,采用界面剪应力重分布假设,定义出剪切刚度的软化曲线,并利用ABAQUS软件自带的弹簧模型,对典型拉拔试验进行了数值分析,表明多种因素通过改变砂浆层的尺寸和强度对锚杆最大拉拔荷载产生影响.与实际试验结果相比,数值解和实测值有相当的一致性.     

螺旋隔板三维翅片管传热实验研究与数值模拟

文章对冷却水在换热器管程流动并与壳程的热油逆流换热条件下,对螺旋隔板三维翅片管换热器的传热与压降性能进行了实验研究,并与光滑管进行了对比.在相同壳程Reynolds数下,三维翅片管的壳程Nusselt数是光滑管的2.2-2.9倍,而压降是光滑管的2.3倍左右.采用计算流体力学软件Fluent 6.0对螺旋隔板三维翅片管和光滑管换热器进行了数值模拟.结果表明,螺旋流条件下光滑管表面速度矢量均匀、稳定,而三维翅片表面的速度矢量因翅片激发流体而产生湍动和不规则的二次流,从而强化了流体的对流传热.对于螺旋隔板三维翅片管换热器,壳程Nusselt数和压降的数值模拟结果与实验计算值吻合良好,最大偏差分别为6.3%和9.8%.     

聚丙烯纤维混凝土衬砌土石坝应用数值模拟

素混凝土衬砌破坏一直是控制水工建筑物健康发展的难题,由于素混凝土衬砌断面厚度较大、造价较高、衬砌自身刚性与背后堤坡之间存在较大间隙,在外界荷载的作用下常常发生破坏,从而严重威胁到土石坝工程的安全运行。本研究从土石坝衬砌破坏机理出发,针对破坏的位置以及破坏现象提出一种新型材料(聚丙烯纤维混凝土)土石坝衬砌形式,并利用通用有限元软件ADINA对素混凝土衬砌与聚丙烯纤维混凝土衬砌土石坝进行了数值模拟分析,结果表明:聚丙烯纤维混凝土衬砌同素混凝土衬砌土石坝相比应变基本相同,但其韧性与抗剪性能显著特高,是一种科学实际的衬砌方法。     

纤维复合材料加固混凝土梁的数值模拟研究

使用纤维复合材料(FRP)加固混凝土结构已成为土木工程中复合材料的主要应用形式.采用串行/平行混合理论分析复合材料,从复合材料的本构方程来推断其特性.基于有限元法建立纤维复合材料加固混凝土梁的数值模拟公式,提出FRP加固混凝土梁的数值分析方法.进行数值模拟,计算结果表明,数值结果与试验结果吻合良好,验证本文数值方法的有效性.     

钢管混凝土柱破坏过程的三维数值模拟

用材料破坏过程分析系统RFPA3D(realistic failure process analysis)对矩形钢管混凝土短柱在轴心受压条件下的受力、变形与内部裂缝萌生、扩展及最终破坏的全过程进行了数值模拟分析.数值模型中引入了统计分布函数,反映了混凝土的非均匀性影响,采用细观单元材料性质退化的方法,利用位移加载来实现钢管混凝土的逐渐破坏过程.讨论了极限承载力与钢管混凝土柱长度的关系及钢管混凝土截面面积对极限承载力的影响等问题.数值试验再现了试件的整个破坏过程.分析结果表明RFPA3D数值实验方法为钢管混凝土结构的研究提供了新的方法和途径.     

卫生洁具三维数值模拟

为了卫生洁具的设计更加节水,采用有限体积法对结构复杂的冲落式坐便器进行了冲水过程的三维数值模拟分析,使用k-ε紊流模型,利用VOF方法处理自由水面,给出了不同时间下的流场数据和壁面不同质点在不同时间的速度线图。     

卫生洁具三维数值模拟

为了卫生洁具的设计更加节水,采用有限体积法对结构复杂的冲落式坐便器进行了冲水过程的三维数值模拟分析,使用k-ε紊流模型,利用VOF方法处理自由水面,给出了不同l琦阃下的流场数据和壁面不同质点在不同时间的速度线图。     

颗粒物质三维直剪实验的数值模拟

为了获取断层物质的受压剪切特性,用离散元法生成5种非规则颗粒单元来模拟自然条件下断层物质的直剪过程,以实验数据为参数,探讨了不同法向应力、摩擦系数、颗粒形状、试样颗粒组构对断层物质的剪应力的影响。结果表明,剪应力随法向应力、摩擦系数、非规则颗粒含量的增加而增大,不同法向应力、颗粒形状、试样组构下孔隙率的变化反映了剪应力的变化。     

CNG气瓶辊模拉拔数值模拟研究

辊模拉拔工艺是结合拉拔和轧制工艺对金属线材、异型材料和管材进行拉拔的先进制造工艺。本文针对钢质无缝CNG气瓶辊模拉拔工艺进行了数值模拟研究。通过Gleeble材料实验机进行的单向拉伸实验得到专用气瓶材料34CrMo4不同变形条件下的流变应力曲线,构建其材料本构方程,并以此为依托,应用有限元软件ABAQUS建立了气瓶辊模拉拔工艺的数值仿真模型。通过数值模拟,研究了各拉拔参数对拉拔力的影响效果,用于指导实际生产。     

钢纤维间距对UHPC双丝拉拔性能的影响

通过双根钢纤维拉拔试验,研究超高性能混凝土（UHPC）中钢纤维间距（2?mm、 4?mm、6?mm、8?mm、10?mm和12?mm）对钢纤维在UHPC中拉拔性能的影响,采用0.2?mm的镀铜直圆形钢纤维,制作6组双丝试件和1组单丝试件进行拉拔试验. 通过拉拔荷载-滑移曲线、平均黏结强度、钢纤维最大拉拔应力等参数,并结合扫描电子显微镜（SEM）,观察了拔出后钢纤维的微观外貌、UHPC基体的隧洞微观形态和破坏部位的微观形态,全面分析了钢纤维的间距对UHPC基体-钢纤维拉拔性能的影响. 试验结果表明：钢纤维拉拔结果具有一定的离散性;双丝拉拔试验的最大拉拔荷载小于相应单丝结果的两倍;钢纤维和UHPC基体隧洞有着不同程度的损伤,双丝试件中的钢纤维表面划痕和基体隧洞的孔洞破坏较单丝严重,单丝试件的隧洞内壁则相对完整.     

钢纤维混凝土浇筑过程中纤维运动的数值模拟

纤维混凝土构件内纤维的分布形态对其受力性能有着直接的影响,因此,研究自密实混凝土浇筑过程中纤维的运动以及得到其在构件内部最终的分布形态具有十分重要的意义.本文利用ANSYS CFX软件中的流体计算模块及拉格朗日粒子追踪功能,通过MATLAB自编程序调用和完善ANSYS CFX强大的流体计算能力,得到一种模拟自密实钢纤维混凝土浇筑过程中纤维运动的新方法.将单根钢纤维简化为两个距离固定(为纤维长度)的球形粒子,ANSYS CFX模拟粒子在整个浇筑过程中的运动,MATLAB自编程序控制粒子之间的固定配对并保证每对粒子在计算过程中保持相对距离不变.通过数值模拟浇筑一根1,200mm×150mm×150mm的梁来验证计算的精确性.将模拟结果与实验结果进行对比,证明了模拟方法的适用有效性.这种新方法可用于各种掺量刚性纤维自密实混凝土的浇筑流动模拟.     

三维重构下的透水混凝土流场数值模拟研究

孔隙结构作为透水混凝土渗流重要组成部分,直接影响雨水的渗流效果,研究透水混凝土的内部流动情况,对于认识透水混凝土排水渗流机制具有重要理论意义.通过对20%孔隙度试件采用CT扫描技术获取分辨率为12.5μm的二维切片,结合Avizo软件阈值截断法进行三维重构,并且对其孔隙进行量化,通过测定不同水头下的混凝土内部流速与重构混凝土模型在CFD软件下的流速模拟对比.结果表明:模拟混凝土内部流速变化规律与试件连续测定渗透结果相符,并且由于内部存在不同的空喉结构导致内部流速在各结构上的流速具有明显的差别,甚至存在孔道转弯的结构导致流速为负值,同时也发现在混凝土中间部位孔道直径较大的流道流速出现最大值.透水混凝土的渗透排水效果与内部孔道结构息息相关,孔道直径越均匀渗透效果越好,孔道弯曲度越小渗透效果越好.     

动能弹对混凝土靶板侵彻三维数值模拟

根据描述材料特性的经验公式和流体力学的基本理论，对控制方程组在欧拉网格上进行离散差分求解，建立三维数值模拟模型，给出一种基于Youngs技术的三维界面处理方法，并对动能杆侵彻混凝土靶板进行了数值模拟，分析了数值模拟结果，得出模拟结果与工程中的现象基本吻合的结论。