素混凝土及钢纤维混凝土在弹体侵彻作用下的三维数值模拟

利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对素混凝土以及钢纤维体积含量为3.0%的钢纤维增强混凝土靶板抗侵彻问题进行了数值模拟.在三维有限元计算模型中引入了JHC(Johnson_Holmquist_Concrete)累积损伤材料模型以描述钢纤维混凝土的破坏效应,弹丸采用Johnson_Cook材料模型.弹丸贯穿靶板后剩余速度的计算结果与在直径为37mm滑膛炮上所获得的实验结果误差在5%以内,同时很好地模拟了两种混凝土靶板的成坑和破坏现象.计算结果表明,用JHC模型来描述混凝土的抗侵彻问题是可行的.     

基于3种细观层次再生混凝土骨料模型的对比分析

运用ANSYS有限元软件的参数化设计语言,建立了再生混凝土随机圆形和随机多边形细观骨料模型,应用数字图像处理技术建立了再生混凝土数字图像骨料模型.运用3种模型模拟了再生混凝土的宏观力学响应、单轴受压立方体试块强度和应变变化过程,将模拟结果和实验结果进行对比分析.从模型建立过程和数值模拟结果等,总结对比3种模型,推荐随机多边形骨料模型.结果表明,随机多边形骨料模型符合真实的骨料分布特征,数值模拟结果符合实验结果和力学规律.     

层状盐岩力学特性与蠕变机理研究

对层状盐岩力学特性进行实验与分析,获取相应的力学特征参数,是盐岩地下溶腔蠕变特性数值模拟的必要步骤,是数值计算中力学模型的组成要素。本文通过单轴压缩、三轴压缩和压缩蠕变等实验,获取层状盐岩短期强度特性和长期蠕变特性的力学特征参数,为盐岩蠕变模拟提供必要的参数支持。在此基础上,本文对层状盐岩蠕变机理进行分析,并将对盐岩蠕变率方程进行解析,为构建盐岩蠕变本构模型作铺垫。     

岩体隧洞损伤破坏过程实验及其颗粒流数值模拟

在以往有关节理模型实验和数值模拟的研究基础上,设计了几组含孔洞节理模型材料的压缩实验,并采用颗粒流软件Partide Flow Code(PFC2D)对模型实验过程进行数值模拟.以模型实验应力-应变曲线与数值模拟的曲线吻合作为PFC细观力学参数选取的准则,并利用获得的力学参数对含孔洞节理岩体破坏过程进行数值再现.分析了...     

爆破载荷作用下混凝土边坡动力响应数值分析

根据爆炸力学原理,利用有限元分析软件ANSYS对爆破载荷作用下混凝土边坡应力状态进行数值模拟,将所得混凝土边坡应力场分布结果与实验室试验结果进行对比分析,得到爆炸应力波在混凝土边坡中的传播规律。     

爆炸成型杆式侵彻体对水介质间隔装甲侵彻的数值模拟

应用有限元动力分析软件ANSYS/LS-DYNA,对爆炸成型杆式侵彻体侵彻水介质间隔装甲的过程进行了数值模拟,并结合实验校核了数值模拟算法、模型及材料参数,使模拟结果与实验结果相吻合. 探讨了爆炸成型杆式侵彻体侵彻水介质间隔装甲的规律,以及不同药型罩结构和爆轰波形对杆式侵彻体侵彻性能的影响.     

球形封闭容器中铝粉爆炸的数值模拟

该文采用均匀两相流模型,对20升球形封闭容器中铝粉爆炸特性作了数值模拟,并对一些爆炸参数:压力、温度、密度和质点速度等进行了分析与讨论,计算结果与实验值符合较好。     

基于SPH方法对强动载下混凝土结构损伤破坏的数值模拟研究

混凝土结构在冲击爆炸等强动载作用下常常发生开坑和震塌等典型的损伤破坏现象,对损伤破坏的精细化数值模拟依赖于准确的材料模型和合适的数值算法,是当前研究的热点问题.本文首先探讨了基于有限元方法和常用单元删除算法模拟混凝土损伤破坏的内在缺陷和不足,然后基于光滑粒子流体动力学方法(SPH)与作者近期提出的混凝土动态损伤材料模型(Kong-Fang模型)相结合,对强动载下混凝土结构损伤破坏进行数值模拟,得到了实验的较好验证.SPH方法结合Kong-Fang材料模型不需要引入常用单元删除算法中的经验参数,提供了具有较好应用前景的混凝土结构动态损伤破坏的数值模拟方法.     

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。     

土壤覆层对混凝土中爆炸毁伤破坏的影响

针对混凝土的破坏模式,把连续损伤模型嵌入LS-DYNA有限元软件中,对炸药在土壤-混凝土复合介质中爆炸时波的传播、混凝土的损伤破坏进行了数值模拟研究,得到了土壤-混凝土界面参数的变化规律以及土壤厚度对混凝土损伤破坏的影响规律. 研究结果对于战斗部和防护结构设计以及工程爆破具有一定的参考价值.     

人字形骨架路基护坡模型试验及数值模拟

为了掌握人字形骨架公路路基护坡结构的力学响应分布规律,选择最佳护坡结构类型,修建了砂浆底加预制块面人字形骨架防护边坡实体模型,完成了分级加载条件下的位移、应变测试;同时在ANSYS软件中建立了三种不同的人字形护坡结构三维模型,进行了数值模拟与对比分析。模型试验与数值模拟结果一致表明,人字形护坡结构坡脚处为全局应力最不利位置,坡顶为竖向位移最不利位置。对不同结构的数值模拟以及对比分析表明,浆砌片石底加预制块面护坡结构在载荷作用下平均位移最小即抵抗变形能力最好,而砂浆底加预制块面结构在相同载荷下平均应力最小即应力分布最佳。     

混凝土细观损伤破坏过程的数值模拟

在细观层次上,把混凝土看作是由水泥砂浆、骨料及二者之间的界面组成的复合材料,应用渐变网格剖分方法对随机投放的骨料、界面和水泥砂浆进行网格剖分,删除多余节点,重新排列节点顺序,生成三维随机骨料分布的细观有限元数值模型.利用该模型分别进行了混凝土的单轴拉伸、压缩、劈拉和梁弯曲等数值试验,分析了不同界面参数、不同砂浆损伤参数、不同加载形式对混凝土试件的变形特点、破坏形式以及承载能力的影响,探讨了混凝土宏观力学性能(如应变软化和剪胀等性质)的细观机制.     

模型再生混凝土二维氯离子扩散细观数值模拟

根据再生混凝土各相介质Cl-扩散率和几何参数建立了数值模型,对模型再生混凝土二维Cl-扩散性进行数值模拟,研究了再生混凝土的Cl-扩散特性.通过变化再生粗骨料取代率、新(老)硬化水泥砂浆扩散率、老硬化水泥砂浆厚度以及界面过渡区(ITZ)扩散率对再生混凝土中Cl-扩散性能进行了对比分析.结果表明:模型再生混凝土内部Cl-浓度非均匀分布,Cl-浓度沿着扩散深度波浪式下降,再生粗骨料取代率、水泥砂浆、ITZ等的变化对Cl-浓度的影响随着扩散深度的增加而逐渐变大,且在ITZ处的影响较为明显.     

VAE乳胶粉改性砂浆耐久性能研究

针对实际工程应用中普通砂浆耐久性不足问题,研究了VAE乳胶粉对水泥砂浆耐久性改性效果,对不同聚合物含量（8%、9%、10%、11%和12%）的VAE乳胶粉改性砂浆通过收缩率、开裂性敏感度、抗渗性、耐氯盐腐蚀性和碳化实验,测试了收缩率、开裂总权值、渗水高度、透水压力、碳化深度以及氯离子渗透高度,结合扫描电镜实验,揭示了VAE乳胶粉对砂浆的微观改性机理。结果表明,VAE乳胶粉的加入显著提高了砂浆的抗渗透性。当聚合物含量为12%时,VAE乳胶粉砂浆的开裂总权值仅为普通水泥砂浆的55.1%,透水压力较普通水泥砂浆提高了78.6%,28 d碳化深度和氯离子渗透高度较普通水泥砂浆分别降低了36.8%、53.1%。VAE乳胶粉与砂浆中的骨料在浆体内部形成高黏结力的网状膜结构,填充改性砂浆的孔隙,使浆体内部更加密实,进而增强了改性砂浆的耐久性。     

水中爆炸对围岩增耦的实验研究

为研究水中爆炸对围岩的增耦,在一个直径1.6 m的水泥砂浆半球体装置上,将其中心预留的直径0.3 m的腔室内注水和置入水泥砂浆芯体,对比性地进行了一系列的1.00 g TNT （2,4,6—三硝基甲苯）当量的填实和空腔爆炸实验。水泥砂浆球表运动测量数据表明,与水泥砂浆中的空腔解耦相比,水中空腔爆炸的解耦效果较差,尤其水腔中爆炸可大大增强爆炸能量的耦合。可以推断,水下爆炸会明显增强围岩中的爆炸应力波强度,近水域中的空中爆炸也可能会增强围岩中的爆炸能耦合,因而相对于围岩和堤坝中同距离、同药量的爆炸来讲,所引起     

基于细观力学的混凝土有效弹性性能预测

假定混凝土材料为由骨料和砂浆组成的二相复合材料,建立了混凝土随机骨料模型;按骨料与砂浆基体的弹性性能比值生成骨料较硬和较软两类试件进行有限元数值试验,系统研究了混凝土有效弹性性能预测中多种细观力学方法的优劣及各细观力学方法的适用范围.将细观力学方法预测结果与有限元数值试验得到的结果进行比较,并对这些细观力学方法预测精度及其变化规律进行了讨论.数值试验结果表明,当骨料体积和骨料与砂浆弹性模量比较大时,细观力学方法预测的结果误差较大,需要研究新的方法预测混凝土的有效弹性性能.     

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。     

基于颗粒流法研究混凝土的劈裂拉伸破坏特性

基于二维颗粒流程序,构建了包含水泥砂浆、不规则多边形骨料和水泥砂浆与骨料的交界面的二维混凝土细观模型,采用标定后的平节理模型参数,对混凝土破坏的裂纹演化和破坏机理进行研究. 模拟结果表明:宏观破坏的细观机制是水泥砂浆、骨料以及交界面内的裂纹扩展和演化造成的;随机骨料的分布会对混凝土的峰值应力和破坏模式有一定的影响;巴西圆盘试件内的裂纹起始于加载端,随着载荷增加裂纹向中心扩展,混凝土试件呈现出劈裂拉伸破坏的模式;随着加载速度的提高,沿加载方向上的主裂纹及其他次生裂纹相互作用,使混凝土试件出现大量的碎块;裂纹统计结果显示,在细观层次上,拉伸型裂纹主导了混凝土试件的劈裂破坏,少量的剪切型裂纹主要集中在试件加载端的骨料附近.      

再生集料沥青混凝土界面损伤行为特征

水泥混凝土再生集料是建筑垃圾经分选、破碎、筛分工艺处理后的天然集料替代物,包含了水泥砂浆、原生集料、水泥砂浆与原生集料复合体。沥青混凝土内部界面损伤是沥青路面开裂的主要诱因,探究再生集料对沥青混凝土内部界面损伤的影响,有利于水泥混凝土再生集料在路面工程的推广。本文研究首先采用再生集料制备再生集料沥青混凝土(recycled aggregate asphalt concrete, RAAM),将RAAM中内部界面分为水泥砂浆-沥青砂浆界面(cement mortar-asphalt mastic interface, CMI)和天然集料-沥青砂浆界面(natural aggregate-asphalt mastic interface, NAI),通过电镜扫描试验和X线计算机体层成像(X-ray computed tomography, X-ray CT)试验获取了沥青混凝土内部界面的微细观特征,并采用半圆弯曲试验和有限元模型分析了RAAM的界面力学特征。试验结果表明,再生集料中的附着水泥砂浆具有多孔结构,增加再生集料用量会加剧沥青混凝土高温压缩过程中的内部界面损伤,水泥砂浆内部、水泥砂...     

再生混凝土受压细观损伤尺寸效应分析

在细观层次上建立由天然骨料、旧界面、旧水泥砂浆、新界面和新水泥砂浆组成的再生混凝土五相随机骨料模型.对建立的模型进行单轴压缩和损伤断裂的细观数值模拟,研究尺寸效应对细观损伤和力学性能的影响.结果表明:随着试件尺寸从75 mm×75 mm增加到100 mm×100 mm和150 mm×150 mm,试件抗压强度分别下降了4.5%和8.3%;在所有试件中,初始损伤和拉剪应力都先集中出现在内界面区,但随着尺寸的增大,试件最终的损伤值也随之降低.