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.     

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。     

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。     

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.     

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.     

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。     

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。     

气体炮冲击高强混凝土试验的数值模拟

采用一级气体炮和锰铜压力计测试技术,对C100级混凝土试件在一维应变条件下的冲击特性进行了实验测量,通过数值模拟得到了混凝土的高压状态方程参数,研究了混凝土的动态力学性能.由于冲击过程非常短暂,层裂往往发生在试件内部,导致层裂现象很难观测到,通过数值模拟,文章展现了试验没有观测到的层裂现象.     

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...     

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。     

混凝土冲击拉伸力学性能及裂纹扩展试验研究和数值模拟

为真实反映混凝土材料劈裂拉伸力学性能,基于应变片法采用分离式霍普金森压杆对混凝土平台巴西圆盘试件进行了劈裂拉伸试验,研究了不同加载角对试件起裂方式及破坏模式的影响,并对试件破坏过程进行了扩展有限元模拟,同时与试验结果进行了对比分析,得到用于测试混凝土拉伸力学性能的最优加载角.基于此得到动态劈拉下3种不同强度混凝土的劈裂拉伸应力-径向应变曲线及抗拉强度、极限应变、拉伸敏感系数等参数的应变率效应.结果表明:20°加载角可以保证圆盘在中心起裂,用于测试混凝土劈裂拉伸性能最为可靠.在高应变率下,混凝土动态力学参数均具有明显的应变率效应,裂纹沿试件受力方向扩展、贯通直至试件沿加载直径方向劈裂为两半,破坏面表现为骨料破坏,与数值模拟结果一致.     

闭孔泡沫铝压缩力学性能的实验和三维有限元模拟

基于X射线电子计算机断层扫描技术,建立了反映闭孔泡沫铝真实结构的三维有限元模型.对闭孔泡沫铝准静态和动态压缩力学性能进行了实验和数值模拟,分析了闭孔泡沫铝的变形特性及力学性能,验证了模型的可靠性.结果表明,准静态压缩下,试件主要沿加载轴45°方向产生塑性变形.压缩速率为低速时,其变形模式与准静态相同.闭孔泡沫铝试件截面上结构薄弱处首先出现应力集中,材料达到塑性屈服.在高速压缩下,试件加载端首先达到塑性屈服.比较闭孔泡沫铝不同应变率下的屈服强度,动态压缩下的屈服强度远高于准静态压缩下的.应变率280~700 s-1下,其屈服强度变化不明显,应变率继续升高至2 000 s-1,屈服强度略微提高.      

爆炸荷载作用下钢管混凝土柱的有限元分析

对于重要的建筑物和防护结构,通常都要考虑爆炸冲击荷载的作用,目前钢管混凝土已被广泛地应用于工程结构中.为研究爆炸荷载作用下钢管混凝土柱的力学性能,采用非线性有限元软件ANSYS/LSDYAN对方钢管混凝土柱在表面爆炸荷载作用下的反应进行了数值模拟.混凝土采用HJC模型,钢管采用考虑应变率的随动硬化塑性模型.分析了折合距离为1.0时柱子的破坏形态和不同折合距离时关键点的位移反应.研究表明,折合距离为1.0时,尽管内填混凝土破坏严重,但钢管能约束混凝土的横向变形,表现出良好的延性,抗爆性能优越.且随着折合距离的增大,柱子变形明显减小.     

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.     

钢纤维增强再生混凝土动态冲击力学性能试验研究

为研究钢纤维增强后的再生骨料混凝土（RAC）的动态力学性能,采用?74 mm变截面分离式霍普金森压杆（SHPB）在高应变率下进行动态冲击压缩试验,分析不同钢纤维掺量下动态抗压强度、动态增长因子（DIF）、动态冲击韧性等力学参数对动态应变速率的敏感性.结果表明：与普通再生混凝土相比,钢纤维再生混凝土动态抗压强度、动态增长因子等力学参数具有明显的应变率增强效应,并且这种增强效应随着钢纤维含量的增加而增加.钢纤维再生混凝土有10%～80%左右的动力强度增幅.不同钢纤维掺量的再生混凝土应变率敏感性有一定差异,不同应变率下材料的应变率敏感性也有所不同.     

角砾岩常规三轴压缩试验研究及模拟

为了研究角砾岩压缩破坏机制,采用先进的岩石全自动三轴压缩伺服仪对角砾岩进行多种围压的常规三轴压缩试验,岩石经历压密阶段、弹性变形阶段、裂纹稳定扩展阶段、裂纹非稳定扩展阶段、峰后破坏阶段这5个阶段.随着围压增大,峰值强度和残余强度增大,且残余强度比峰值强度增大的快,应力峰值对应的峰值应变与围压呈现出正线性关系.角砾岩试样破坏为剪切滑移破坏,且基本上呈对角破坏,存在主要贯通裂纹,在主贯通裂纹周围存在多条细小裂纹.从细观角度,建立细观损伤本构模型.运用该模型对角砾岩常规三轴压缩实验进行数值模拟,模拟结果表明,模拟值和实验值具有较好的一致性,从而验证了细观损伤模型对角砾岩模拟的适用性.     

修正的Mohr-Coulomb破坏准则在斜侵彻过程中的应用

以杆弹斜侵彻钢纤维混凝土靶的数值模拟为目标,将HJC模型嵌入了自主开发的动态有限元HVP3D程序中,提出了考虑拉伸破坏、应变率、压力和剪力影响的修正的Mohr-Coulomb破坏准则,模拟靶板的可能破坏情况,并和最大拉应力累积破坏准则的结果进行了比较,发现修正的Mohr-Coulomb破坏准则较好地反映靶板的破坏情况.同时将修正的Mohr-Coulomb破坏准则应用到带攻角的斜侵彻数值模拟中并与实验结果进行了对比.     

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.     

冲击载荷下混凝土破坏过程数值模拟

用二维梁-颗粒模型BPM2D(Beam-Particle Model in Two dimensions)模拟了混凝土动态破坏过程.梁-颗粒模型BPM2D是在离散元法基础上,结合有限元法开发的二维数值计算模型. 在模型中用三种类型梁单元形成混凝土数值试样.每种类型梁单元的力学性质均按韦伯(Weibull) 分布随机赋值以模拟混凝土细观结构的非均匀性,同时梁单元的强度随应变率不同而变化.利用此模型分析了混凝土板在弹体冲击条件下的破坏过程,并给出不同弹体初始速度条件下混凝土内部应力波传播过程.通过将计算结果与实验数据相比较,表明梁-颗粒模型可有效应用于计算和模拟脆性材料动态破坏问题.