不同面积载荷作用下的岩石试件破裂数值模拟

目的研究岩石受拉破裂的方法,探讨岩石拉破坏数值模拟方法的应用.方法采用试验和可模拟拉张破裂的数值模拟相结合的方法,分别选取加载面积直径为5 mm、10 mm、15mm3、0 mm、40 mm5、0 mm进行实验和数值模拟.结果由传统的数值模拟方法得出加载面积越小,应力集中的部分几乎贯通于岩石试件的整个对称轴,越近似于点载荷的情况;随着加载面积的增大应力集中的区域横向扩大,纵向缩短;由考虑拉破坏的对径受压岩石破裂数值模拟方法得出随着载荷作用面积的扩大,裂纹在纵向逐渐变短,横向破裂带越来越宽,这与试验结果相吻合.结论在载荷作用面积较小时,近似于点载荷的作用,岩石破裂近似于巴西劈裂;随着载荷作用面积的增加,拉应力集中范围在纵向变短,横向变宽;裂纹开裂范围也在纵向变小,横向变大.利用裂张单元可以模拟岩石的拉破裂.     

近爆作用下钢筋混凝土柱的损伤机理研究

为了研究钢筋混凝土结构底层柱的抗爆性能,应用LS-DYNA软件对近爆作用下钢筋混凝土柱的损伤过程及破坏机理进行数值模拟分析,数值模型考虑应变率对钢筋和混凝土材料动力本构特性的影响以及炸药-空气-结构之间的流固耦合相互作用.结果表明,在爆炸冲击荷载作用下,钢筋混凝土柱表层混凝土首先开始剥落,受到约束的柱脚和柱顶混凝土发生冲剪破坏,在持续的横向变形作用下柱整体发生弯曲,产生一系列的横向裂缝;在等比例距离爆炸作用下,不同反射区的钢筋混凝土柱,受到的爆炸冲击荷载存在较大的差异,通常的比例定律不适用于近爆情形.     

强动载作用下钢筋混凝土梁破坏模式的有限元分析

在爆炸、冲击等强动载作用下,钢筋混凝土结构可能发生弯曲、弯剪和直剪破坏.为了准确地预测和模拟钢筋混凝土梁在强动载作用下的动力响应和破坏形态,本文运用ABAQUS有限元计算软件结合混凝土脆性开裂模型对强动载作用下的钢筋混凝土试验梁的整体响应以及一系列破坏形态进行了数值模拟,并将模拟结果与试验进行了对比分析.研究结果表明,本文所采用的数值模拟方法能较好地预测和模拟强动载作用下钢筋混凝土构件的整体动力响应以及相应的直剪、弯曲和弯剪破坏等一系列破坏形态.     

硅粉高强混凝土单轴抗压强度的试验研究

混凝土是一种存在初始损伤的工程材料,其破坏过程是在外载荷作用下微细观尺度的损伤萌生、扩展、贯通,直到最后宏观裂纹产生导致混凝土失稳破裂的过程.通过对硅粉混凝土进行单轴压缩试验,分析了不同水灰比和28 d碳化龄期混凝土在单轴压缩条件下的破坏形态.     

爆炸载荷下拱坝脆性动力损伤有限元分析

基于连续损伤力学理论，用三维各向异性脆性动力损伤模型分析了拱坝及其岩基在爆炸载荷作用下的动力损伤问题.把损伤应变能释放率的概念引入岩石类介质的脆性动力损伤演化模型，并应用于独立研制的三维各向异性脆性动力损伤有限元程序（3-DADDFEP）,利用该程序对上述问题进行了有限元分析.研究表明，爆炸载荷作用附近以及其对应坝体背面的相应位置最易发生损伤破坏;爆炸载荷的峰值和持续时间对损伤的发展和扩散有重要的影响，当爆炸载荷产生的动应力远远高于材料的损伤发展门槛值时，材料的损伤将会急剧增加，这对结构的安全是极为不利的；由于爆炸载荷的作用时间比较短，损伤破坏的局部特征比较明显.     

水中近场爆炸作用下钢筋混凝土桩毁伤效应研究

为了对高桩码头的抗爆性能及安全性进行评估,利用数值分析方法,对某高桩码头钢筋混凝土桩在近场水中爆炸荷载作用下的破坏模式进行研究.通过与经验公式的对比,对数值分析方法进行了验证;建立了钢筋混凝土桩在爆炸荷载作用下的三维分析模型,研究了半径数及爆源深度等参数对钢筋混凝土桩的动力响应和破坏模式影响;基于数值分析结果,给出了该型钢筋混凝土桩在给定爆炸深度情况下抗爆的安全范围,研究成果可以为该类型高桩码头抗爆设计及分析提供参考.     

爆炸载荷下邻近巷道围岩平行裂纹扩展规律试验研究

爆炸载荷下邻近巷道围岩的破坏往往表现为围岩裂纹扩展贯穿,为了更深入地了解爆炸载荷下邻近巷道围岩原有裂纹的扩展贯穿机制,以便提出有针对性的围岩防护措施,采用数字激光动态焦散线试验系统,详细研究了两平行裂纹的贯穿过程。结果表明:爆源、巷道自由面以及原有裂纹间的相互作用是影响裂纹扩展贯穿过程的主要因素,爆炸载荷下邻近巷道围岩裂纹扩展主要包括爆生主裂纹与原有裂纹的扩展贯穿以及原有裂纹间的扩展贯穿,且在贯穿过程中伴随有能量的传递;爆炸载荷下,爆源处诱发爆生主裂纹与相距较近的围岩原有裂纹贯穿,并继续沿原爆生主裂纹扩展方向,即炮孔径向扩展,形成爆炸能量释放的主线,其他薄弱区域能量释放明显被削弱;当原有两裂纹邻近尖端存在相互影响区时,距离爆源较远的原有裂纹翘曲向距离爆源较近的原有裂纹。     

基于压电阻抗方法的钢管裂纹损伤识别试验

为了解利用压电阻抗方法识别钢管裂纹损伤的可行性,设计和制作钢管试验构件,通过机械加工方法模拟钢管裂纹产生和发展过程.利用压电阻抗方法对钢管裂纹损伤进行识别实验,实测各种损伤深度时压电陶瓷的PZT阻抗谱曲线,根据实验数据提取均方根差和协方差2个统计特征指标,分析裂纹损伤程度与统计特征指标之间的规律.试验结果表明,随着裂纹损伤程度加剧,PZT导纳频谱曲线明显向左偏移,峰值频率下降;阻抗谱曲线在高频段变化更明显,频率越高对初始损伤越敏感;均方根差和协方差等统计特征指标能有效判断钢管裂纹损伤状况.     

抗爆型聚脲涂层性能及其防护钢筋混凝土板接触爆炸与断裂机制研究

本文借助动态热机械实验,研究Qtech T26抗爆型聚脲（简称为T26聚脲）的动态热机械性能;采用10 kg 三硝基甲苯（trinitrotoluene,TNT）接触爆炸试验,研究T26聚脲防护钢筋混凝土板在接触爆炸作用下的防护性能;基于Williams-Landel-Ferry方程拟合T26聚脲的损耗模量、储能模量和损耗因子主曲线,并采用扫描电子显微镜对涂层防护钢筋混凝土板迎爆面和背爆面涂层的典型区域进行微观断口形貌分析,探讨其断裂机制。结果表明：T26聚脲受频率影响明显,在热机械性能层面印证了T26聚脲的应变率敏感性;在外界荷载作用频率大于等于1000 Hz时,T26聚脲的损耗因子保持在0.24以上,吸能效率高;喷涂10 mm T26聚脲涂层的钢筋混凝土板在10 kg TNT接触爆炸破坏下,背爆面涂层完整,无任何破片飞出;迎爆面T26聚脲与混凝土未脱离,T26聚脲与混凝土界面之间在表面处理之后附着力较好,在爆炸产生的拉伸波作用下,涂层与混凝土间仍有良好的附着性。T26聚脲在爆炸荷载作用下的断裂机制表现为高温力学性能失效机制、高温与冲击荷载耦合断裂机制、高速荷载脆性断裂机制和拉伸断裂机制;背爆面最大变形区域为纵向变形区域外侧的圆环区,背爆面中心区域在防护过程中承受高应变率荷载,出现少量脆性破坏。T26聚脲实现了接触爆炸零破片的防护效果,这一效果对实际工程中结构爆炸防破片具有极高的应用价值。     

抗爆型聚脲涂层性能及其防护钢筋混凝土板接触爆炸与断裂机制研究

本文借助动态热机械实验，研究Qtech T26抗爆型聚脲（T26聚脲）的动态热机械性能；采用10kg TNT接触爆炸试验，研究T26聚脲防护钢筋混凝土板在接触爆炸作用下的防护性能；基于Williams-Landel-Ferry方程拟合T26聚脲的损耗模量、储能模量和损耗因子主曲线，并采用扫描电子显微镜对涂层防护钢筋混凝土板迎爆面和背爆面涂层的典型区域进行微观断口形貌分析，探讨其断裂机制。结果表明：T26聚脲受荷载频率影响明显，在外界荷载作用频率大于等于1000Hz时，T26聚脲的损耗因子保持在0.24以上，吸能效率高；喷涂10mm T26聚脲涂层的钢筋混凝土板在10kg TNT接触爆炸破坏下，背爆面涂层完整，无任何破片飞出；T26聚脲在爆炸荷载作用下的断裂机制表现为高温力学性能失效机制、高温与冲击荷载耦合断裂机制、高速荷载脆性断裂机制和拉伸断裂机制；背爆面最大变形区域为纵向变形区域外侧的圆环区，背爆面中心区域在防护过程中承受爆炸荷载作用，出现少量脆性破坏。Qtech T26聚脲实现了大当量接触爆炸零破片的防护效果，这一效果对实际工程中结构爆炸防破片具有极高的应用价值。