承高水压山岭隧道混凝土衬砌渗透损伤机理与模型研究

山岭隧道一般都处于高水压环境中,衬砌损伤特性需要考虑水压渗透作用。采用Weibull统计分布函数,建立混凝土整体初始渗透系数及损伤场变量计算公式;求解外水压力下圆形衬砌内渗透孔隙水压力;在此基础上,建立混凝土圆形衬砌渗流-应力-损伤耦合模型,并通过ABAQUS有限元分析软件进行算例分析,说明承水压山岭圆形混凝土衬砌损伤与渗流及应力之间关系密切。     

渗透作用下开裂混凝土的材料损伤模型

混凝土的渗透性在控制混凝土的质量及混凝土结构的行为上起着关键性的作用,而开裂混凝土在渗透作用下的损伤则直接控制了结构的长期工作性能.从开裂混凝土的渗透机理、开裂水压务件、开裂应力出发,求出开裂混凝土中裂缝开度与水压、拉伸及压剪作用下裂缝开度与应力的关系并给出计算公式;然后定义了混凝土开裂损伤问题,通过有效承载面积损失来表达开裂混凝土的损伤;最后通过上述方式将混凝土开裂渗透作用与混凝土的损伤结合起来,求得渗透作用下开裂混凝土的损伤表达.     

应用两场耦合的粘弹性有限元拟定碾压混凝土坝的变形监控指标

根据碾压混凝土大坝及基岩的具体特点，通过建立大坝与基岩应力场与渗流场的耦合分析模型，结合粘弹性有限元计算，求得最不利荷载工况下的水压、温度和时效位移分量，并由此拟定了相应的变形监控指标。     

聚丙烯纤维对混凝土损伤渗透特性的影响

为研究损伤开裂后聚丙烯纤维/混凝土(PPF/PC)的渗透特性,通过圆盘劈裂试验预制了不同宽度的裂缝(100~400 μm),比较了PPF掺量对裂缝曲折度的影响。利用自行设计的渗透试验装置对混凝土损伤后的渗透率进行了研究,分析了不同PPF掺量、不同水压力下混凝土的损伤渗透率的变化规律。通过研究发现,加入PPF后,混凝土脆性较低,内部裂缝更易控制,裂缝曲折度相对于PC更高,且与PPF掺量成正比;相同水压力,相同有效裂缝宽度条件下,随着PPF掺量的增加,混凝土损伤渗透率降低,PPF的存在能够有效提高混凝土损伤后的抗渗性能;相同水压力下,相同PPF掺量的混凝土试件损伤渗透率整体上与有效裂缝宽度成正比;不同水压力下,相同PPF掺量的PPF/PC损伤渗透率在同一有效裂缝宽度情况下,随水压力增加而减小;修正后的泊肃叶渗流模型可以更好地评价PPF/PC损伤渗透特性。      

高性能混凝土研究进展Ⅱ:耐久性能及寿命预测模型

综述了高性能混凝土耐久性能方面的研究进展,包括高性能混凝土的抗氯离子渗透性能、抗冻融性能、抗碳化性能、抗盐侵蚀性能以及多种因素耦合作用下的耐久性能等,介绍了与高性能混凝土耐久性相关的损伤模型和寿命预测模型,并分析了高性能混凝土耐久性能研究现存的一些问题。分析发现:高性能混凝土的耐久性能受材料种类、掺量、实验条件等因素的影响,适量的矿物掺合料和外加剂能够减少混凝土内部有害孔的数量,增加结构的密实度,提高混凝土的耐久性能。多种因素耦合作用下的混凝土耐久性及损伤模型、寿命预测模型等更接近结构所处环境的实际情况,这将会成为高性能混凝土耐久性方面研究的一个热点。     

地下结构混凝土渗透损伤研究综述

损伤的发展已经有50多年的历史,在损伤的基础上国内外已经有诸多学者开始研究混凝土渗透损伤,但是提出的一些模型和机理仍需进一步完善、论证。渗透会影响混凝土材料的损伤发展,同时混凝土材料的损伤也影响了其渗透性。概要介绍了国内外近年来对于混凝土渗透损伤研究的现状,由较早的裂缝开度对混凝土渗透性能的影响到渗透作用下混凝土渗透性与损伤变量的关系。渗透损伤研究主要是通过实验得到混凝土材料裂缝开度和渗透系数之间的关系,从而进一步得到渗透和损伤之间的关系。     

力学损伤混凝土热传导行为细观研究

为研究力学损伤对温度传导行为的影响,考虑混凝土细观结构的非均质性,将其视为由骨料、砂浆和界面过渡区组成的三相复合材料,提出并建立了力学-热学单向耦合作用研究的细观数值方法与模型。方法的思想是:首先对非均质混凝土在荷载作用下开裂损伤力学行为模拟分析,获得其内部的损伤分布情况;然后,将力学分析结果作为初始输入条件,结合复合材料均匀化理论,获得损伤混凝土各细观单元的导热性能,从而实现了力学-热学单向耦合作用的数值模拟。以单轴压缩加载为例,通过与试验结果的对比,验证细观方法的合理性与有效性。基于该套细观数值模拟方法,对荷载作用后混凝土试件的宏观有效导热系数与温度场分布进行了细观计算分析,对比了不同复合材料力学模型的影响,探讨分析了压缩荷载水平的影响规律。     

基于连续损伤的岩石渗流有限元分析

该文基于连续损伤力学,建立了含损伤的岩石渗流模型,研究岩石损伤破坏并分析其渗流特性。该文采用Weibull分布函数来模拟岩石弹性模量和强度的非均质特性,利用Biot本构关系建立含孔隙结构的弹性变形方程,结合Drucker-Prager强度准则、统计强度理论和连续损伤理论推导出岩石连续损伤演化控制方程及其定解条件,进而采用有限元法对其求解。该文给出的数值算例结果表明所提出的含损伤渗流模型适用于研究岩石的渗流特性,分析结果与实验数据吻合较好,且该求解方法可以对岩石体积压裂、岩层弱面进行可靠、有效的数值分析。     

基于徐变损伤理论的早龄期大体积混凝土化学-热-力多场耦合模型研究

受水化放热的影响,大体积混凝土在早龄期阶段涉及多个物理场作用,极易发生损伤、开裂等不利行为,会对结构服役期内的耐久性和安全性产生严重的影响。针对此问题,该文基于经典损伤理论框架,发展了一类适用于早龄期大体积混凝土的化学-热-力多场耦合模型,综合地反映了早龄期混凝土的开裂、徐变、温度变形、自收缩变形和龄期效应。通过将水化反应方程与热传导方程联立建立了化学-热场耦合作用模型。进而,基于弹塑性损伤理论框架搭建本构关系,引入考虑损伤影响的微观应力-固化理论以刻画混凝土的线性徐变和非线性徐变,根据温度和水化度的变化求解热膨胀变形和自收缩变形,并考虑了随龄期变化的混凝土力学性能的影响。结合相应的显式求解算法,将上述多场耦合模型应用于Maridal涵洞早龄期力学行为的模拟分析,并探究了混凝土徐变变形的影响。计算结果表明：该文模型可以实现对早龄期大体积混凝土开裂过程的准确模拟,对早龄期混凝土受力性能和开裂行为的研究具有一定的参考意义。     

低渗透油田超前注水技术探究

本文对低渗透油田的渗流特性、低渗透油田的超前注水机理以及低渗透油田的超前注水技术措施三个方面的内容进行了详细的分析和探析,从而详细的分析了我国低渗透油藏中超前注水技术的应用情况。     

含紧固件复合材料层压板结构雷击烧蚀损伤特征分析

为了对含紧固件复合材料层压板的雷击烧蚀损伤特征进行分析,根据雷击过程中的能量平衡关系,建立了含紧固件复合材料层压板结构雷击烧蚀损伤数学分析模型。基于该分析模型,在ABAQUS中建立了含紧固件复合材料层压板结构雷击烧蚀损伤分析三维有限元模型,并对不同电势边界条件下的雷击烧蚀损伤进行了分析。分析结果表明:由于金属紧固件的存在,雷电流可以通过紧固件沿层压板结构厚度方向传导,然后在各铺层内进行电流分配,各方向铺层传导雷电流的能力与该层电势梯度方向和电势梯度方向的电导率有关;在不同的电势边界条件下,各层的电势分布有所差异,从而导致了各铺层传导雷电流能力的不同,最终引起不同的雷击烧蚀损伤分布。通过本文的研究,能够对含紧固件复合材料层压板结构的雷击烧蚀损伤特征有定性的认识。     

The damage and failure mechanism of the concrete subjected to shaped charge loading

In this paper, the experiments of the large-size shaped charge jet penetration in concrete target were carried out. Then, the concrete target was cut off to obtain the internal structure and measure the shape of the penetration hole. Moreover, the cube concrete samples with the sizes of 100 mm length in different location of the concrete target were incised, and the material compressive strength was test by the material testing machine. The test results show that the material strength of the concrete target is enhanced with the increase of the distance to the penetration hole. Therefore, the damage of concrete target can be rough evaluated according to the compressive strength of the concrete samples. Based on the test results, the damage factor was added in the dynamic constitutive, which can describe mechanical behavior of concrete subjected to intensive impact loading was proposed. In this model, the concrete is assumed to be homogenous and consecutive in macroscopically. The results of the model were compared with the experimental results and the results which not considering the damage factor. The comparing results show that the model can be used to describe the dynamic mechanical behavior of concrete.     

HJC模型模拟钢筋混凝土侵彻实验的参数研究

运用LS-DYNA程序将表征钢筋的梁单元和表征混凝土的实体单元通过节点耦合进行钢筋混凝土分离建模,数值模拟Hanchak等关于钢筋混凝土靶的穿甲实验,进一步修正HJC模型的参数,在讨论单元失效删除准则的静水压和主应变2种参数对混凝土拉伸破坏影响的基础上,重点对HJC模型关键字参数中的失效类型参数（FS）进行分析,并研究其对混凝土压实破坏的影响。通过改变弹丸侵彻钢筋混凝土靶时的着靶位置,加深了对钢筋在侵彻过程中作用的认识,同时验证该数值模拟方法可行性。所确定的建模方法及参数进一步用于某大质量卵形弹侵彻钢筋混凝土试验的研究工作。     

An Improved Concrete Damage Model for Impact Analysis of Concrete Structural Components by using Finite Element Method

This paper presents the development of an improved concrete damage model for projectile impact on concrete structural components. The improvement is in terms of reduction of input material parameters for nonlinear transient dynamic impact analysis by employing concrete damage model. The experimental data such as pressure vs volumetric strain, triaxial compression failure and pressure vs stress difference have been used for evaluation of the important parameters of concrete damage model. Various contact algorithms have been outlined briefly to model the interface between the projectile and target. The nonlinear explicit transient dynamic analysis has been carried out by using finite element method to compute the responses. It is observed that the computed penetration depth obtained in the present study is in good agreement with those values of corresponding experimental studies and LS-DYNA.     

核电厂安全壳结构模型碳纤维布加固试验研究

核电站安全壳是防止核泄漏的最后安全屏障。该文基于某核电厂预应力安全壳的1:10结构模型,开展试验研究。利用内部水压来模拟事故中安全壳的压力,试验通过数百个传感器和数据采集系统详细测得安全壳各部位的受力过程。在试验中,先加载至结构破坏,然后采用外包碳纤维布的方式进行加固并再次加载试验。在ANSYS中建立了安全壳模型的有限元模型进行分析,试验和计算结果表明CFRP加固能够显著提高安全壳结构的承压能力,同时也能有效控制安全壳结构的变形和裂缝发展。有限元计算分析结果与试验结果吻合良好,能够用来预测碳纤维布加固后结构的表现。     

Numerical simulations of oblique-angle penetration by deformable projectiles into concrete targets

Numerical simulations of oblique-angle penetration by deformable projectiles into concrete targets are performed in this paper by using the three-dimensional finite element code LS-DYNA, into which a combined dynamic constitutive model which can simultaneously describe both the compressive and tensile damage of concrete is implemented. As a consequence, the ballistic trajectories and the depths of penetration under different oblique angles (from 10° to the ricochet angle) are obtained. Moreover, the damage distribution of concrete after oblique penetration is procured, which can really reflect the tensile and compressive damage of concrete. The numerical results for the depths of penetration are compared with experimental data obtained by previous authors and show good agreement.     

侵爆作用下混凝土靶破坏效应试验与数值模拟

基于混凝土靶体的中低速侵彻后浅埋爆炸试验,开展装药长径比为5的混凝土预留孔爆炸、侵彻后裸装药爆炸及侵彻后带壳装药爆炸数值模拟研究.对比数值模拟与试验结果,验证了数值模拟模型及参数设置的合理性.结合数值模拟结果及量纲分析方法,确定了影响侵彻后带壳装药爆炸毁伤效果的主要影响因素.对比预留孔爆炸及侵彻后爆炸毁伤效果,分析了侵...     

基于材性的混凝土结构及构件冻融损伤模型试验研究

基于蔡昊模型,通过理论推导并结合既有冻融材性试验数据,对模型中最大静水压力计算方法进行改进。进行9组材性试验,建立了混凝土水灰比和最大结冰速率之间的拟合关系,推导出最大静水压力的简化解析计算公式。采用ANSYS有限元软件,对构件截面温度场分布进行了模拟,得到考虑温度场修正的冻融损伤模型。最后,设计2组试件,对改进冻融损伤模型的准确性与可靠性进行试验验证,结果表明：修正后的采用动弹模损伤作为物理损伤指标的冻融损伤模型,可为RC构件与结构层面冻融损伤机理研究提供理论支撑。     

振荡冲击器工作性能理论分析及其结构优化

针对国内外近几年来主要使用振荡冲击器来提高机械钻速,对此类工具的工作性能进行了理论研究并提出了它在工程技术应用中的结构优化方法。在对振荡冲击器的结构及工作原理进行分析的基础上,首次将瞬变流理论引入并建立了水力脉冲波动压力模型,利用MATLAB软件进行了振荡冲击器水力脉冲数值模拟计算,进而分析了不同因素对振动冲击性能的影响。得出了关键零部件--盘阀的过流面积变化特性,以及盘阀偏心距e和过流孔半径r对振荡冲击器性能影响规律。建立了该工具产生振动冲击的目标函数,并给出了水力脉冲装置优化步骤。在此基础上,加工了工具的样机,并进行了室内试验。试验验证了振荡冲击器的设计合理性、理论分析的有效性和数值计算的准确性。研究结果为水力脉冲工具优化提供指导意义,并为振荡冲击器在钻井现场应用提供理论支撑。