大理岩RHT模型参数确定研究

RHT模型共计包含34个参数,其中A,n,f_s*,f_t*,Q₀,g_c*,ξ,D₁,ε_pm,A_f,n_f,p_comp和N因试验获取途径复杂较难确定,多数学者在利用RHT模型模拟岩石爆破破碎时,不管岩石种类如何变化都只是简单引用混凝土的相关参数,为了较为准确地获得大理岩的相关参数取值,以静力学试验、声波测试试验和SHPB冲击试验为基础,LS-Dyna数值模拟为手段,通过正交试验的方法对以上参数进行优化确定,并将参数优化前、后的模拟曲线分别与SHPB冲击大理岩的试验曲线进行对比.结果表明:以上参数经过正交模拟试验优化确定后,缩小了模拟曲线与SHPB冲击试验曲线的对比误差,得到了适用于大理岩的RHT模型参数.      

应用正交试验法的RHT模型参数敏感性研究

基于RHT模型的理论分析,选出A、N、B、M、B_Q、f_s/f_c、T_ten、D₁和E_f,min 9个参数作为正交试验分析参数,研究RHT模型中参数的敏感性.运用Autodyn程序对弹丸侵彻混凝土过程进行数值分析,确定了不同参数、不同水平值下弹丸的侵彻深度.采用极差分析法对参数的敏感程度进行量化分析,得出9个参数的敏感性排序为B > E_f,min > T_ten > f_s/f_c > N > M > D₁ > B_Q > A.结合3组典型数值试验损伤云图和侵彻深度的对比分析,认为参数B、E_f,min和T_ten对数值模拟试验结果的影响极大,应采取可靠的技术手段准确确定其取值.      

A320撞击刚性靶体的数值模拟及冲击载荷工程模型验证

利用通用显式动力学分析程序LS-DYNA模拟了空客A320与刚性靶体的碰撞过程,获得了飞机以不同速度撞击时的冲击载荷.通过与修正的Riera公式计算的冲击载荷对比,确定了Riera公式和冲击载荷工程模型中修正系数α的取值,并获得了α与撞击速度V₀的对应关系.根据飞机的压损载荷冲量与冲击载荷冲量之比,确定了冲击载荷工程模型中冲击载荷系数γ的取值,并获得了γ与撞击速度V₀的对应关系.工程模型与数值模拟计算的冲击载荷曲线吻合较好,验证了冲击载荷工程模型的合理性,为空客A320及相似结构飞机的冲击载荷曲线计算提供了依据.      

节理厚度对应力波传播和动力特性影响的SHPB试验

为了研究含平行节理岩体对地下工程活动的影响,采用不同节理厚度的红砂岩试样,借助分离式Hopkinson压杆(SHPB)装置,对节理红砂岩试样的应力波传播和破坏模式进行研究,结合有限元软件ANSYS/LS-DYNA对试验过程进行了数值模拟,并且增加了节理厚度为2 mm和6 mm的模拟内容.研究结果表明:红砂岩中平行节理的...     

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.     

整形器对SHPB入射波形影响规律的定量研究

波形整形器是实现分离式霍普金森压杆（SHPB）实验恒应变率加载的重要手段之一,为研究整形器对入射波形的影响规律,本文以紫铜、黄铜、铝等软材料为研究对象,在37 mm霍普金森压杆（SHPB）设备上开展了整形器直径和厚度、撞击杆速度、长度等因素对入射波形状影响规律的实验研究,并结合数值模拟仿真研究与量纲分析,给出了入射波T₁和T₂拐点的量纲一应力、量纲一时间的定量表达式,T₁拐点的量纲一应力σ/σ*与量纲一参数Y/σ*,（d/D_b）2和h/L_b分别呈线性关系;T₂拐点的量纲一时间t/t*与量纲一参数h/L_b、Y/σ*都是呈线性关系的.      

煤岩Holmquist-Johnson-Cook本构模型参数研究

以淮南潘谢煤田13-1煤层煤岩基本物理、力学实验为基础,通过拟合三轴实验、Hopkinson压杆实验和Hugoniot实验数据,得到了煤岩的极限面参数、率效应参数和压力参数的取值,总结出一套获取煤岩HJC模型参数的方法。基于所确定的参数,运用LS-DYNA有限元软件,对煤岩SHPB实验进行了数值模拟验证,结果表现出较好的一致性。此外,通过保持所确定的参数不变,仅改变单一关键参数的方法对煤岩SHPB试验进行数值分析,得到了极限面参数A、B对煤岩动态性能的影响规律。数值模拟的结果表明参数确定方法是有效的,所确定的参数能较准确反映煤岩的动态性能,可为煤岩动载数值计算提供帮助。     

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.     

基于不同材料模型的混凝土SHPB试验数值模拟

为了分析不同材料模型对混凝土分离式霍普金森压杆(SHPB)试验数值模拟结果的影响,在LS-DYNA软件中分别运用KC,HJC,CSC三种材料模型对混凝土的SHPB试验进行模拟.利用脉冲整形器对入射波进行整形以减小弥散效应,实现恒应变率加载,并从SHPB试验的基本假定出发验证了有限元模型的准确性.通过数值模拟得到了不同撞击速度下基于3种材料模型的混凝土破坏过程及其应力-应变曲线.结果表明:KC,HJC,CSC三种模型基本上能够反映混凝土的动态力学特性,且KC模型和CSC模型的失效模式为核心塌陷,而HJC模型则表现出留核现象;在相同的平均应变率下,HJC模型和KC模型的动力放大系数大于CSC模型;随着平均应变率的增加,峰值应变增大,CSC模型和HJC模型的割线刚度减小,而KC模型的割线刚度变化不明显.     

一类SEIQR模型的稳定性分析以及模型仿真

考虑一类潜伏期和染病期均具有传染性的SEIQR模型,且模型带有常规预防和医学隔离措施,利用再生矩阵方法计算模型的基本再生数R₀.运用Routh-Hurwitz判据,Lyapunov函数以及LaSalle不变集原理证明,当R₀<1时,模型存在唯一的无病平衡点P₀且P₀全局渐近稳定;当R₀>1时,模型存在2个平衡点,无病平衡点P₀不稳定,地方病平衡点P~*全局渐近稳定.通过对模型基本再生数的敏感性分析,得出各个参数对传染病传播的影响,并考虑模型中常规预防和医学隔离措施,对模型进行数值模拟,解释和说明措施的必要性和有效性.     

直锥变截面Hopkinson压杆实验的数值模拟

随着分离式Hopkinson压杆(简称SHPB)实验技术应用领域的拓宽,对SHPB实验设备和实验精度的要求日益提高,改进和优化SHPB实验技术就显得尤为迫切。数值模拟在这方面发挥着重要的作用。文章利用商用程序ANSYS/LS-DYNA对不同长度的子弹与74mm直锥变截面压杆撞击进行了三维数值模拟,将模拟结果与实验结果进行了比较;同时分析了不同长度的应力波在74mm直锥变截面压中的传播特性。     

钢纤维高强混凝土抗冲击性能的数值仿真

采用显式动力有限元软件LS-DYNA,对钢纤维高强混凝土的霍普金森压杆冲击试验过程进行了数值仿真,混凝土和霍普金森压杆的本构关系分别采用弹塑性流体动力模型和虎克定律描述,钢纤维的增强与增韧作用则通过钢纤维高强混凝土强度与失效应变来体现.结果表明:试件内部应力趋近于均匀之前,经历了初始状态的应力震荡;试件的破坏稍微滞后于应力峰值;相同的冲击速度下,钢纤维高强混凝土试件各个时刻的破坏程度轻于未掺钢纤维的基体混凝土试件,当基体混凝土试件裂成多块时,钢纤维高强混凝土试件还基本保持整体.数值仿真结果与试验结果有较好的相似性,基本能够反映出试件受力与破坏的特征.     

动静组合加载数值模拟砂岩损伤演化规律

为了定量分析砂岩在应力波作用下的损伤演化规律,利用LS-DYNA软件,对砂岩进行霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar, SHPB)动静加载数值模拟,并基于裂纹密度法所建立的损伤模型,计算岩石的损伤变量,对不同冲击速度(8、10、12、14、16 m/s)、不同轴压(6、10、14、16 MPa)、不同轴压和围压组合(6、3 MPa, 6、6 MPa, 6、9 MPa, 12、3 MPa, 12、6 MPa, 12、9 MPa)下进行砂岩损伤规律模拟研究。研究结果表明：三种状态下砂岩的损伤随应变率的增大而增大;有轴压无围压作用时,砂岩的初始损伤速率较缓;两者共同作用下,当轴压和应变率固定时,损伤随围压增加而降低(围压值大于等于轴压值),当围压和应变率固定时,损伤随轴压增加而降低。可见施加围压和轴压对砂岩的内部裂纹扩展具有一定的抑制作用。     

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。     

B900FD-1型防弹钢板抗侵彻能力数值模拟

采用ANSYS／LS—DYNA有限元分析软件对B900FD—1型防弹钢板抗侵彻能力进行了数值模拟,对比分析了数值模拟结果与试验结果之间的异同,数值模拟结果表明采用Johnson—Cook本构模型能够较好地模拟金属类延性材料在强动栽荷作用下的物理力学特性．进一步采用数值分析方法对不同厚度的B900FD-1型防弹钢板进行了侵彻模拟,得到了500m／s子弹撞击速度下钢板的极限设计厚度．     

AP1000主管道冷弯壁厚减薄

提出了一种改进的Johnson-Cook模型,用于室温和低应变速率下AP1000核电站主管道316LN奥氏体不锈钢的塑性变形过程研究。借助有限元软件ANSYS/LS-DYNA,对AP1000核电一回路主管道热段管冷弯成形过程进行模拟仿真,分析管道壁厚、相对弯曲半径、摩擦系数等工艺参数对壁厚减薄率的影响规律,拟合出壁厚减薄率的经验公式。全尺寸主管道冷弯试验结果表明,数值模拟结果准确可靠。     

混凝土塑性损伤模型参数的研究

基于相关的试验研究成果,提出了一种确定混凝土塑性损伤模型(KC模型)强度参数取值的方法.针对KC模型损伤参数取值依赖于单元尺寸的问题,以我国混凝土规范为基准,阐述了损伤参数值的调整方法,使得数值计算结果更加合理.利用ANSYS/LSDYNA模拟混凝土常规三轴压缩试验,KC模型分别采用本文确定和程序自动生成的强度参数值,并将计算结果与国内外试验结果比较,研究表明:采用本文提出的方法确定KC模型强度参数值比较合理.     

考虑环境病毒影响的COVID-19模型的动力学性态研究

建立了考虑环境病毒影响的COVID-19传染病SEIARc模型,并对其进行了动力学性态分析。首先利用下一代矩阵法计算得到系统的基本再生数R^*₀,进一步通过分析得到：当R^*₀<1时,无病平衡点存在且局部渐近稳定,并利用Metzler矩阵等相关理论证明了无病平衡点的全局渐近稳定性;当R^*₀>1时,系统存在唯一的地方病平衡点,且给出了地方病平衡点局部渐近稳定的条件。最后通过数值模拟发现地方病平衡点是全局渐近稳定的。研究表明,通过减少环境病毒的来源或切断传播途径,可以有效地控制COVID-19疾病的传播。     

钢-水泥砂浆石界面动态粘结强度的实验与计算研究

设计和制作了一种用以考察钢和水泥砂浆石界面动态粘结强度的新型试件,并开展了实验和计算研究工作。通过准静态实验与冲击实验,研究了钢-水泥砂浆石界面粘结强度随加载速率的提高而产生的变化。计算工作以LS-DYNA软件为有限元计算平台,选用Johnson-Holmquist-Cook模型作为水泥砂浆石材料的本构模型。通过计算分析了冲击载荷下界面破坏的过程和机理,并验证了基于split hopkinson pressure bar(SHPB)实验技术的冲击实验方法的可行性和可靠性。研究结果表明界面粘结强度与加载速率的对数大致成线性关系。