具有主动围压的水泥砂浆动态响应和冲击疲劳研究

论文摘要

实际的工程结构中使用的混凝土材料大多数处于多轴应力工作状态,在这种情况下混凝土材料的强度和变形等力学特征与单轴应力情况有很大的区别,在围压作用下混凝土材料的强度和延性会有明显的增加。混凝土结构在很多情况下可能承受变化激烈的冲击载荷,且处于多轴应力状态。由于实验复杂等各种原因,围压下混凝土材料受冲击载荷实验这方面的工作非常缺乏,因此有必要研究混凝土材料多轴应力下的动态力学性能。发展带有主动围压装置的φ37mm SHPB技术对水泥砂浆进行了应变率范围为（101～102/s）和宽主动围压范围（0.1～10MPa）动态力学性能实验,在Johnson-Cook强度模型框架下,确定了等效强度模型的率相关参数及其它材料常数。提出了用于描述水泥砂浆考虑围压影响的动态损伤演化方程。采用Instron3421液压伺服实验机和改进的具有围压加压装置的φ37mm SHPB技术实验研究了水泥砂浆的剩余力学性能,在研究中强调围压、应变率、冲击强度和次序对水泥砂浆剩余强度的影响。并且提出了描述影响水泥砂浆剩余力学性能的损伤演化模型: ,方程右边最后一项的最后一个因子描述冲击载荷次序的影响。本文还提出了剩余强度与剩余弹性模量之间存在着线性关系,即:σrs =κ（1 - D ）1/2Er。基于水泥砂浆带率型损伤的简化的ZWT本构模型,利用有限元软件ANSYS近似模拟了水泥砂浆一维应力和具有主动围压的φ37mm SHPB冲击载荷作用下的动态响应。数值模拟计算结果基本上与水泥砂浆在一维应力和围压下的SHPB实验结果相一致。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 第一章 绪论
• 1.1 混凝土材料冲击疲劳特性研究背景
• 1.2 混凝土材料冲击研究现状
• 1.3 混凝土材料损伤理论研究发展概况
• 1.4 本文主要工作
• 2 第二章 水泥砂浆一维应力冲击特性
• 2.1 引言
• 2.2 简化的带率型损伤ZWT 本构方程
• 2.2.1 混凝土材料一维应力动态本构模型
• 2.2.2 混凝土材料一维应力下的率型损伤演化方程
• 2.3 实验结果及分析
• 2.3.1 水泥砂浆试件的制备
• 2.3.2 水泥砂浆试样准静态压缩实验结果
• 2.3.3 水泥砂浆试样的SHPB 冲击实验
• 2.3.4 水泥砂浆本构参数拟和
• 2.4 结论
• 3 第三章 围压对水泥砂浆动态本构特性的影响
• 3.1 引言
• 3.2 Johnson-Cook 等效强度模型
• 3.3 围压下水泥砂浆的动态损伤演化方程
• 3.4 实验结果与分析
• 3.4.1 水泥砂浆的SHPB 动态压缩实验
• 3.4.2 水泥砂浆主动围压实验数据汇总
• 3.5 结论
• 4 第四章 主动围压下水泥砂浆亚临界冲击疲劳特性研究
• 4.1 引言
• 4.2 水泥砂浆主动围压下亚临界多次冲击损伤演化方程
• 4.3 水泥砂浆围压下的SHPB 冲击疲劳实验及结果分析
• 4.3.1 实验方法
• 4.3.2 水泥砂浆试件围压下的SHPB 冲击疲劳实验
• 4.3.3 水泥砂浆试件围压下的SHPB 冲击疲劳实验结果
• 4.3.4 主动围压下SHPB 冲击疲劳过程中剩余力学性能测量结果
• 4.3.5 主动围压SHPB 冲击疲劳数据汇总
• 4.3.6 冲击疲劳损伤演化方程参数的确定
• 4.4 结论
• 5 第五章 水泥砂浆SHPB 冲击实验ANSYS 数值模拟
• 5.1 引言
• DYNA 简介'>5.2 LS_DYNA 简介
• 5.3 算法基本原理与数值模拟过程
• 5.3.1 控制方程
• 5.3.2 沙漏控制和人工体积粘性
• 5.3.3 材料模型及其参数
• 5.3.4 接触算法
• 5.3.5 有限元网格模型
• 5.3.6 计算结果及分析
• 5.3.7 主动围压下水泥砂浆SHPB 实验结果与数值模拟结果比较
• 5.4 结论
• 6 第六章 总结与展望
• 6.1 全文小结
• 6.2 将来的工作
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢