动载荷作用下混凝土剥落破裂的数值模拟

论文摘要

混凝土作为一种典型的人造工程材料,在国防建设和民用建筑中被广泛采用。在采矿工程中,混凝土的使用表现为喷射混凝土和混凝土衬砌等。在动态载荷作用时,载荷在短时间内发生剧烈的变化,与静载荷作用的情形相比,应力波传播及其诱发的破裂是必须要考虑的过程。动态剥落是由于压缩应力波在自由面反射成为拉伸应力波,并达到材料的动态抗拉强度后而引起的一种拉伸破裂。由于动态压缩应力波亦可以引起混凝土衬砌的剥落破裂。因此,剥落破裂的研究受到土木、水电、建筑以及矿业等专业人员的广泛重视。本文应用RFPA-Dynamics数值模拟软件,在考虑混凝土的细观非均匀性的基础上,研究了应力波在混凝土中的传播规律,模拟出混凝土在冲击载荷作用下的剥落破裂过程。主要内容如下：（1）在假定混凝土为三相复合材料的基础上,建立混凝土材料的二维细观材料模型；（2）通过开展不同波形下混凝土剥落过程的数值模拟,探讨混凝土非均匀性和应力波形对于剥落破裂的影响,揭示混凝土动态剥落强度应变率效应的机制。（3）模拟混凝土支护巷道在冲击载荷下的剥落破裂过程,探讨加载条件对破坏位置及破坏程度的影响,分析不同应力波波形对于巷道稳定性的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 动态载荷作用下混凝土断裂过程的研究意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 实验研究及实验装置
• 1.2.2 理论及数值模型
• 1.3 本文的研究工作
• 第二章 动态载荷作用下材料断裂过程的数值试验方法
• 2.1 弹性动力学理论
• 2.1.1 平衡方程
• 2.1.2 运动方程
• 2.2 动态过程有限元分析
• 2.3 RFPA-DYNAMICS程序简介
• 第三章 混凝土非均匀性的数值表征模型
• 3.1 混凝土的基本特征——细观非均匀性
• 3.2 混凝土的数值表征模型
• 第四章 混凝土中的应力波传播规律及其破裂过程
• 4.1 单骨料混凝土中的应力波传播及破裂过程
• 4.1.1 单骨料混凝土数值模型
• 4.1.2 结果分析
• 4.2 混凝土杆试样剥落破裂
• 4.2.1 混凝土杆状试样数值模型
• 4.2.2 混凝土材料准静态载荷下强度
• 4.2.3 动态载荷作用下非均匀混凝土试样的破裂
• 4.3 混凝土梁的动态破裂
• 4.3.1 混凝土梁的数值模型
• 4.3.2 结果分析
• 第五章 巷道混凝土支护结构动态剥落破坏
• 5.1 数值模型
• 5.2 结果分析
• 5.2.1 不同峰值对混凝土加固巷道的影响
• 5.2.2 应力波作用时间对混凝土加固巷道的影响
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢