低温钢纤维混凝土破坏过程的数值模拟

通过实验测试了钢纤维混凝土在低温下的力学性能,发现其抗拉和抗压强度随温度降低逐渐升高.运用RMT-150B型岩石力学试验系统对钢纤维混凝土圆柱型试样进行了单轴压缩分析,发现低温下钢纤维混凝土应力应变曲线可分为弹性阶段,裂缝稳态扩展阶段,裂缝失稳扩展阶段和破坏阶段.将混凝土看成是细观上的各向异性非均匀准脆性材料, 运用RFPA2D数值分析软件对钢纤维混凝土单轴压缩全过程进行了数值模拟,模拟得到的承载力随温度降低逐渐增大,均质度好的试件声发射较为集中,声发射能量随温度降低不断提高,体现了低温下钢纤维混凝土的脆性特征.     

弹丸侵彻钢纤维混凝土数值模拟

为了对弹丸侵彻钢纤维混凝土问题进行数值模拟研究,在有限元计算中引入了Holmquist-Johnson-Cook累积损伤材料模型以描述钢纤维混凝土的非线性变形及断裂特性,弹丸作为刚体处理.侵彻深度计算结果与在φ14.5 mm弹道炮上所获得的试验结果相吻合,并很好地模拟了在侵彻过程中钢纤维混凝土靶的成坑、层裂现象.在此基础上分析了钢纤维混凝土这种新型复合材料抗侵彻性能的影响因素.计算结果表明,HJC本构模型用来描述钢纤维混凝土的侵彻问题是可行和有效的.     

钢纤维混凝土板抗爆数值模拟

钢纤维混凝土由于其优良的强度和延性而在防护结构中被广泛应用.对四边简支的钢纤维混凝土板在爆炸荷载作用下的响应进行了数值模拟,比较分析了折合距离、板厚度对其动态响应的影响.钢纤维混凝土的本构模型采用J-H-C模型,考虑了损伤和应变率效应.从计算结果可以看出,在炸药量相同的情况下,折合距离、板厚均对板中心的位移有较大的影响.研究成果可以对防护结构的设计提供理论参考.     

钢纤维混凝土抗冲击性能的数值模拟研究

为研究不同钢纤维体积分数与不同钢纤维长径比对混凝土基体抗冲击性能增强作用的影响,利用ANSYS/LSDYNA3D有限元计算软件,采用损伤材料模型,数值模拟了钢纤维混凝土圆柱体撞击素混凝土靶板的过程.分析了不同初速条件下靶板破坏体积与冲击动能的关系,并将数值模拟结果与试验结果比较.结果表明:钢纤维体积分数越大,钢纤维长径比越大,钢纤维混凝土基体的抗冲击性能越好;同时也说明,损伤材料模型能够很好地模拟混凝土类材料在冲击作用下的破坏情况.     

混凝土破坏过程的数值模拟

采用梁 颗粒模型BPM2(beam particlemodel)模拟了混凝土在单轴受压状态下的破坏过程·在模型中用3种类型梁单元形成混凝土细观数值模型,每种梁单元的力学性质均按Weibull分布随机赋值,以便模拟混凝土细观结构的非均匀性·数值模拟结果显示,混凝土宏观破坏是由于其内部细观裂纹产生、扩展、连接的结果,揭示出混凝土破坏形态随材料性质分布的非均匀性变化而不同·     

喷气涡流纺喷嘴中纤维运动的数值模拟

建立了能够反映柔性纤维物理与力学特征的二维模型,结合任意拉格朗日-欧拉法,求解纤维在喷气涡流纺喷嘴中与气流相互作用的流固耦合问题及纤维与喷嘴壁面的接触问题,数值模拟纤维在喷气涡流纺喷嘴高速气流中的运动与变形.研究表明,在喷嘴内气流的作用下纤维随时间呈现波浪形的螺旋运动,并向下游运动,在此过程中与锭子内壁多次发生接触;纤维尾端在完全进入锭子之前以较大的幅度在喷嘴壁面间进行螺旋回转,从纤维束中分离出来并做包缠运动,使纤维束加上捻度;纤维加捻的强度可以用纤维尾端周期性转动的幅度与频率表示.     

钢纤维混凝土弹性模量在有限元数值模拟中的实现

运用有限元数值模拟研究了不同取向钢纤维混凝土的弹性模量.以100 mm×50 mm×100 mm钢纤维混凝土试块为例,建立有限元模型,加载得到了不同取向钢纤维混凝土的弹性模量.结果表明:无论是何种取向的钢纤维混凝土,其钢纤维的增加都能提高钢纤维混凝土的弹性模量;钢纤维含量的变化能影响层布式钢纤维混凝土的抗折强度.     

钢纤维混凝土纤维增强作用

着重讨论了直线形、梯形和超梯形钢纤维混凝土增强作用的计算，并列出３种钢纤维对混凝土增强作用的统一公式，以此分析纤维对基体增强作用的各种影响因素，并对不同纤维形状的钢纤维混凝土增强作用作分析比较。     

混凝土浇筑过程中方钢管柱的力学性能

钢管混凝土在内部混凝土浇筑过程中空钢管的受力特性和安全性非常重要。该文建立了分析混凝土浇筑过程中方钢管柱受力性能的有限元模型,并采用实测的混凝土静水压力、钢管管壁应变等指标的对比分析验证了该模型的合理性。基于有限元模型,分析了不同混凝土浇筑高度和钢管宽厚比时由于混凝土浇筑引起的管壁变形及应力。研究结果表明:空钢管内设置横向内隔板可有效地减小管壁应力及变形;当方钢管宽厚比较大时,混凝土浇筑过程中对管壁产生的应力和变形数值都较显著。该文建模方法可进一步用以模拟钢管混凝土结构在施工阶段的力学性能分析。     

钢纤维混凝土桥墩抗震性能数值模拟与试验对比

基于纤维模型的有限元分析技术,采用考虑钢纤维影响的混凝土材料模型和考虑黏结-滑移效应的钢筋材料模型,建立了在反复荷载作用下普通混凝土和钢纤维增强混凝土桥墩的非线性有限元模型.采用数值分析方法得到钢纤维体积分数、配箍率和钢纤维混凝土区高度对钢纤维混凝土桥墩模型滞回曲线、骨架曲线和延性性能等抗震能力的影响规律,并与试验结果进行了对比.结果表明:数值模拟与拟静力试验结果基本一致,呈现出相似的规律性;钢纤维可部分代替箍筋的抗震作用,在一定范围内随着钢纤维体积分数的增加,桥墩试件的抗震性能增强;在桥墩局部采用钢纤维混凝土,可达到与整体采用钢纤维混凝土相近的抗震能力.     

ANSYS模拟大体积混凝土浇筑过程的参数分析

建筑工程中的大体积混凝土结构越来越多,利用有限元程序ANSYS进行施工过程的模拟仿真可以形象地给出温度场和应力场的分布情况,同时能考虑各参数随时间的变化。时变参数的选取及其在程序中的实现是仿真分析中的重点和难点,特总结归纳,并给出解决的方法供参考。     

氯离子在非饱和混凝土中传输过程的数值模拟

为确定氯离子在非饱和混凝土构件中的传输过程,推导了基于物质守恒定律的氯离子对流扩散方程;并对控制方程中的计算参数以及有限元计算过程的稳定性进行了初步讨论.在此基础上,定量分析了对流效应对氯离子传输过程的影响.分析结果表明,对流和扩散效应的耦合作用主要出现于构件表层;对流效应在传输过程初期较为显著.最后,对计算模型的参数...     

混凝土冻融过程数值模拟与分析

为实现混凝土冻融过程数值模拟,以热力学和孔隙弹性力学为基础,在已有数值模型的基础上,发展建立了一套混凝土冻融过程的控制方程,并应用有限元软件ComsolMultiphysics对4个模型进行了模拟,预测出饱和砂浆试件受冻过程中的变形、孔隙压力及温度分布。计算值与实验值吻合较好,说明了文中提出的数值模拟方法的合理性。由计算结果可知:尺寸为100 mm×100 mm×300 mm、水灰质量比分别为0.4和0.6的试件,受冻过程中表面竖向应变最大达9.00×10-4和4.60×10-4,试件中心面处孔隙水压力最大达72 MPa和113 MPa。     

弹体侵彻混凝土过程中炸药动态响应数值模拟

采用动力学计算程序AUTODYN对弹体侵彻混凝土过程进行了数值模拟,重点分析了弹体内部炸药所受压力的变化规律及装药与壳体之间的相互作用。数值模拟结果表明：弹体在侵彻过程中,装药前端主要受压缩作用,导致弹体前端的炸药产生明显的塑性应变;弹体尾部装药受到拉伸和压缩作用,并且装药和壳体尾部之间发生强烈碰撞,装药遭受明显的冲击作用。根据计算结果,侵彻型弹药设计应重点防护装药前端和尾部。     

纤维复合材料模具在混凝土浇筑过程中的力学安全性分析

为避免环境对混凝土的腐蚀,常用的保护措施有贴瓷砖、喷涂涂料、保护模板等方法,但这些方法存在施工效果和耐久性差的问题。为此,提出了一种新型的混凝土表面保护方法:将混凝土直接浇筑在玄武岩纤维复合材料(BFRP)模具中,该模具会对混凝土起到保护作用。针对新型的保护方法,利用ANSYS有限元软件模拟仿真混凝土在纤维复合材料模具中的浇筑过程,研究了混凝土温度场分布情况,并对混凝土温度应力作用下玄武岩纤维复合材料模具的力学安全性进行了分析。研究发现:BFRP模具会使最大水化热出现的时间推迟,其最高温度也变大了; BFRP模具与混凝土的温度场变化一致;在BFRP模具的约束下,混凝土的温度应力明显增大,但并没有遭受破坏;另一方面,水化热期间,BFRP模具受到混凝土温度场变化产生的温度应力的作用,但并没有因此而发生破坏、失效。研究结果表明:玄武岩纤维复合材料模具满足力学安全性,对混凝土的工程应用具有较重要的指导意义。     

弹丸侵彻钢板夹层钢纤维混凝土遮弹板数值模拟

为研究钢板夹层钢纤维混凝土遮弹板抗侵彻性能,利用ANSYS/LS-DYNA3D有限元计算软件,数值模拟了高速弹丸撞击钢板夹层钢纤维混凝土遮弹板的过程,得到了弹丸侵彻靶板的速度、加速度变化曲线。通过分析不同弹速产生的弹丸速度及加速度的变化,得出不同初速条件下弹丸速度与时间的关系和加速度变化规律。该研究为组合遮弹板结构抗侵彻性能提供了理论依据,解决了过程计算的繁琐问题。     

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.     

堆石混凝土浇筑过程的模拟实验

堆石混凝土(rock-filled concrete,RFC)的性能很大程度上受到其浇筑过程中所使用的自密实混凝土(self-compacting concrete,SCC)的流动性能和填充能力的影响。该文采用大粒径玻璃球模拟实际石块,设计了L型有机玻璃箱进行RFC的模拟浇筑实验。分别采用流动性不足、流动性适中以及流动性较大三种不同流动性能的SCC进行浇筑实验,并分别对其填充性能和骨料含量稳定性进行对比分析。研究结果表明:SCC的填充性能随着其流动性能的增加而增加;流动性不足以及适中的SCC的骨料含量稳定性较高,流动性较大的SCC的骨料含量稳定性较低;在RFC施工条件不好时,可以通过适当增加SCC的流动性,牺牲一定的骨料均匀性来保证填充密实。     

纤维复合材料加固混凝土梁的数值模拟研究

使用纤维复合材料(FRP)加固混凝土结构已成为土木工程中复合材料的主要应用形式.采用串行/平行混合理论分析复合材料,从复合材料的本构方程来推断其特性.基于有限元法建立纤维复合材料加固混凝土梁的数值模拟公式,提出FRP加固混凝土梁的数值分析方法.进行数值模拟,计算结果表明,数值结果与试验结果吻合良好,验证本文数值方法的有效性.     

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.