基于DEM的两层结构夹层玻璃冲击破坏特性研究

使用自主开发的三维离散元方法(DEM)仿真分析软件,研究了普通夹层玻璃和两层结构夹层玻璃的冲击破坏特性.假定基本等厚的普通夹层玻璃板和两层结构夹层玻璃板均被四周固定,一高速刚性冲击子撞击普通夹层玻璃任一侧的中心和两层结构夹层玻璃两侧的中心.利用三维DEM分别对以上三种情况的冲击破坏过程进行数值模拟,获取各种情况下的冲击子最大冲击力和贯穿能.研究结果表明:作为汽车前挡玻璃,两层结构夹层玻璃比普通夹层玻璃具有更好的安全性.     

静力及冲击荷载下夹层玻璃的变形性能

采用有限元法,对玻璃板厚变化的夹层玻璃在长、短期静力和冲击荷载作用下的变形性能进行模拟计算,计算结果与相关文献试验结果符合较好.进一步的计算分析表明,荷载作用类型及持续时间、支承方式和内外层玻璃板厚变化,是影响夹层玻璃整体变形性能的主要因素.夹层玻璃在爆炸荷载作用下,其弯曲刚度比静力荷载下的弯曲刚度大,框支玻璃的抗爆性能好于点支承玻璃的抗爆性能.根据模拟计算,对现行规范夹层玻璃等效厚度的计算公式进行修正,给出的夹层玻璃等效厚度计算公式适用于不同支承条件.     

基于统一相场理论和内聚力模型的钢纤维混凝土损伤破坏细观研究

钢纤维已成为土木工程中应用需求不断增长的增强材料,因而钢纤维混凝土(steel fiber reinforced concrete,SFRC)的损伤、断裂也是工程中亟需解决的关键问题.基于最新提出的统一相场理论和内聚力模型,建立由钢纤维、骨料、砂浆及界面过渡区构成的SFRC细观有限元模型并结合试验予以验证.针对单轴拉伸、三点弯曲等工况,考察钢纤维掺量和长度、骨料形状、初始切口缺陷等因素对SFRC抗拉和抗折性能的影响,对SFRC的力学性能及损伤破坏机理进行研究.结果表明:基于相场损伤模型和内聚力模型建立的SFRC细观有限元模型具有较好的准确性和可靠性;SFRC抗拉强度受钢纤维掺量的影响较大,在掺量取2％时性价比较高,比0.5％掺量时约提高34.2％,骨料形状和钢纤维长度的影响较小;SFRC抗折强度受钢纤维掺量及切口深度的影响较大,掺入0.2％、0.35％和0.5％的钢纤维使SFRC切口梁承载力分别提高了 20.7％、38.9％和63.7％,相比切口深度为25 mm的SFRC切口梁,切口深度为40 mm和55 mm的SFRC切口梁承载力分别降低了 19.9％和39.8％.供钢纤维混凝土工程分析和设计参考.     

基于内聚力模型的钢筋混凝土梁断裂模拟

针对钢筋混凝土梁裂纹扩展问题,本文介绍了一种内聚力模型的方法来模拟钢筋混凝土梁在静态条件下的断裂行为。利用Python开发的计算机程序,通过在有限元模型中插入内聚力单元,并分别对三点弯曲素混凝土梁的Ι型断裂失效模式和L型混凝土板混合断裂失效模式进行模拟,验证了内聚力模型在素混凝土结构中的适用性。在此基础上展开对四点弯曲的钢筋混凝土梁断裂过程模拟,通过分析钢筋混凝土梁的裂纹扩展过程和荷载—挠度曲线,并与文献中的试验结果进行比对,计算结果与试验结果吻合较好。可见该方法适合于钢筋混凝土梁的断裂失效模拟。     

基于内聚力模型的锈蚀砼梁抗弯刚度

粘结性能退化是导致锈蚀钢筋混凝土构件力学性能下降的主要因素之一,基于锈蚀构件粘结性能实验研究成果与内聚力模型,建立了有厚度的双线性内聚力单元与分离式钢筋混凝土梁分析模型,引入粘结界面层,研究了粘结性能退化对锈蚀钢筋混凝土梁抗弯刚度的影响。结果表明,双线性内聚力单元可以有效模拟钢筋与混凝土之间的粘结机制,而根据锈蚀深度确定的有厚度的粘结单元能合理描述锈蚀程度对粘结性能的影响。数值分析结果与实验及经验公式对比,表明了文中方法的有效性和合理性。     

内聚力模型在泡沫沥青混合料离散元模拟中的应用

为研究内聚力本构模型对泡沫沥青冷拌混合料的适用性,基于内聚力本构模型,结合Matlab软件\"凸包法\"和三维ODEC算法,建立了泡沫沥青冷拌混合料的三维模型试件.同时,对不同级配的混合料进行模拟劈裂试验,用对比分析和统计分析的方法观察数值模拟与室内试验的结果.研究结果表明:\"凸包法\"和三维ODEC算法相结合能够模拟泡沫沥青冷拌混合料中的粗集料棱角性,数值模拟的劈裂试验强度-变形曲线发展趋势和实际的劈裂试验规律基本相符.模拟数据与试验数据具有良好的相关性,表明内聚力本构模型的三维离散元模拟能有效应用于泡沫沥青冷拌混合料设计.     

基于伯努利过程的 δ 冲击模型的寿命分布

研究冲击按照伯努利过程到达的δ-冲击模型,给出了系统寿命分布的显式表达．     

行人保护分析用风挡玻璃的有限元模型

行人头部与风挡玻璃碰撞是人车事故导致行人受伤与死亡的主要原因之一,所以行人保护仿真分析中 PVB 夹层玻璃的有限元模型研究受到广泛关注．文中提出用一层壳单元模拟 PVB 两侧玻璃、PVB 膜片使用六面体单元的风挡玻璃等效模型化方法,并采用 LS_DYNA 仿真分析刚性冲击子与风挡玻璃的冲击破坏过程．以刚性冲击子加速度与对应实验结果的一致性程度作为评价标准,和其他 3 种风挡玻璃建模方法进行比较,确认文中提出的建模方法可以更好地再现 PVB 夹层玻璃的冲击特性．     

PZT薄膜界面分层破坏的内聚力模拟

实验测试表明,单晶硅基板上磁控溅射沉积的多层薄膜材料Cr/PZT/PLT/Pt/Ti容易沿着Cr/PZT界面端开裂并发生分层破坏.我们在实验测试基础上,通过数值模拟计算与分析研究,确定了该薄膜界面的结合强度参数.模拟计算基于连续介质力学的内聚力模型,采用有限元方法来分析沿Cr/PZT界面的裂纹萌生和扩展过程.首先,将该界面表征为一个遵从指数或双线性内聚力模型本构关系的薄层.然后,通过与实测的断裂载荷、加载点的载荷-位移曲线校准的办法,确定出界面内聚法则参数.研究发现,内聚强度和内聚能是最为关键的内聚参数;双线性内聚力模型更适合于描述Cr/PZT界面破坏;与毫米量级厚度的薄膜材料相比,该多层薄膜材料中的Cr/PZT界面的内聚能较低,属于弱结合界面,沿着该界面的分层破坏为脆性断裂过程.本研究表明,宏观力学的内聚力模型同样适用于分析微米厚度薄膜的界面破坏问题.     

冲击作用下PVA-ECC-钢筋复合梁的损伤破坏数值模拟分析

目的 数值模拟单次冲击和多次冲击作用下的PVA-ECC-钢筋复合梁损伤破坏程度,对比分析素混凝土梁、普通钢筋混凝土梁和PVA-ECC-钢筋复合梁单次和多次冲击作用的动态响应.方法利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件分别创建素混凝土梁、普通钢筋混凝土梁和PVA-ECC-钢筋复合梁的有限元实体模型,在进行落锤单次和多次...     

一种多尺度内聚颗粒模型的构建方法及数值模拟研究

基于离散元方法采用Hertz-Mindlin接触模型和黏结颗粒模型,构建石灰岩的多尺度内聚颗粒模型。利用EDEM与ADAMS耦合将该模型应用于双摆锤冲击破碎过程,分析冲击破碎能对石灰岩冲击破碎的影响。结果表明:冲击破碎能与黏结键的数目有一定的线性关系,且冲击破碎能越大黏结键断裂越迅速,矿料破碎得越彻底;冲击角度越大,破碎力增加的速率也越大。最后该模型给出与试验相吻合的颗粒粒度分布曲线,说明该模型能够较好地模拟矿料的冲击破碎过程。     

用界面元分析层状陶瓷的三点弯曲断裂性能

采用无厚度界面单元对层状陶瓷的断裂性能进行了数值研究．在三点弯曲断裂试验中,可以观察到层状陶瓷裂纹扩展同时具有贯穿裂纹和层间裂纹两种形式．在本的有限元计算中,对两种不同形式的裂纹扩展采用了不同的计算方法．对于纵向扩展的贯穿裂纹,采用最大拉应力破坏准则,而对于横向的层间裂纹扩展,则用无厚度的界面单元的破坏进行模拟．对层状陶瓷试件的层数与断裂性能关系的计算可以得到以下结论：随着层状陶瓷的层数的增加,其断裂性能逐步提高,但是增幅逐渐减少,到20层左右时,再增加层状陶瓷的层数,对提高断裂性能并无太大的帮助．     

关于悬臂梁受重锤冲击时的动载荷系数分析

研究了悬臂梁受重锤的冲击问题,建立了重锤的运动方程及悬臂梁的振动控制方程,并利用Galerkin原理求得重锤对悬臂梁的冲击力表达式.研究结果表明:重锤质量大于悬臂梁质量时,冲击力的近似解以及有限元解与实验结果之间的误差较大;重锤质量小于悬臂梁质量时,冲击力的近似解与有限元解与实验结果之间的误差小于5％.     

现代构造应力场与矿井冲击地压

抚顺老虎台矿是我国发生冲击地压较早、次数较多的矿区之一。文中以地质动力区划方法查明的各级活动断裂为区域构造格架，将老虎台井田简化成由１０条断裂带组成的平面弹性模型，编制了应力计算软件。得出了浑河断裂是一条活动断裂，蠕滑活动是其主要活动方式。它的断裂带及与之平行的Ｆ＿１断层形成的构造应力区对矿区应力状态起主导作用，采动影响是导致该断裂带内构造应力释放、产生冲击地压的诱因的结论。     

复合材料层合板在低速冲击作用下的损伤分析

进行了复合材料层合板在低速冲击载荷作用下的损伤模拟数值分析。建立了实体单元与cohesive界面单元相结合的有限元分析模型。建立了面内和层间损伤逐渐累积的损伤模型,采用强度准则和适当的刚度退化方案表征基体与纤维的各种面内损伤形式。根据基于应变的失效准则和能量释放率准则来判断分层损伤的起始和扩展,以界面单元的失效表征分层扩展。实例计算结果和实验结果对比分析表明,本文所采用的模型、算法与损伤处理方法是合理的。     

后冲击下人体胸部动力学响应分析

为研究后碰撞过程中人体胸部的损伤情况,基于人体解剖学构建了人体胸部有限元模型,模型包括胸椎、椎间盘、肋骨、肋骨软骨、胸骨、锁骨、肩胛骨、肌肉和韧带等人体组织.通过后碰撞仿真模拟,研究了胸部组织的应力及应变变化情况.结果表明:在后碰撞过程中,胸椎T1、胸椎T2和胸椎T3的应力和应变较大,可能发生椎体骨折;第一肋骨到第三肋骨的损伤可能较大,容易发生骨折;T1–T2、T2–T3和T3–T4之间的椎间盘应力较大,可能产生椎间盘突出等损伤.     

小腿摆放位置对航空座椅乘员损伤的影响研究

在飞机坠撞事故中,乘员采取合理的坐姿能有效降低冲击伤害。为了分析水平16g(g为加速度)动态冲击下小腿摆放位置对乘员损伤的影响,以某型三联航空旅客座椅为研究对象,建立双排航空座椅/乘员约束系统有限元模型,并开展全尺寸滑台试验以验证模型准确性。结果表明：在相同工况下,50^th百分位假人采用小腿后曲的坐姿与小腿直立坐姿相比,降低了股骨损伤和颈部损伤,但增加了头部损伤;95^th百分位假人采用小腿直立的坐姿与小腿前伸坐姿相比,降低了股骨损伤,但头部损伤和颈部损伤增加。研究结果可为不同体型乘员采用相对更安全的坐姿提供参考。     

竹杨层积复合材料的冲击性能

以结构用竹杨层积复合材料为研究对象,采用落锤式冲击实验方法,研究垂直和平行层积方式两种冲击方向下的竹杨层积复合材料的冲击性能。结果表明:两种冲击方式下竹杨层积复合材料的冲击韧性、冲击过程和破坏方式均不相同。沿垂直方向冲击持续时间(17.21 ms)大于平行方向(11.37 ms),且垂直方向冲击过程吸收的总能量(524.42 J)也大于平行方向(403.56 J),冲击韧性垂直方向(24.16 J/cm²)优于平行方向(18.64 J/cm²)。由于垂直方向冲击过程中主要由纵向和横向应力波作用,裂纹扩展过程较长,破坏方式主要是弯曲破坏和层间胶层剪切破坏; 而平行方向冲击破坏以纵向应力波作用为主,主要发生弯曲剪切破坏。单元结构和胶合界面是影响竹杨层积复合材料冲击韧性的主要原因。