自动元胞机理论在混凝土冲击荷载下仿真试验中的应用

论文摘要

混凝土材料的不均匀性、离散性以及各相材料边界上的裂纹导致混凝土材料的力学性能复杂,对混凝土宏观力学性能研究大多将材料理想化为均质、连续体进行,此方法对静载下混凝土力学性能研究具有较好的适用性。混凝土材料在冲击荷载作用下会表现出与静态荷载下不同的特性。冲击荷载试验是研究动态力学性能的主要手段,其不足之处是成本高、对试验模型的形状、尺寸要求高,加载不易控制等,同时由于试验设备和试验技术的限制,试验结果离散性较大。传统的数值仿真试验需要划分大量的计算单元描述混凝土的各种缺陷,计算细致复杂。基于自动元胞机理论的多重随机等效桁架模型为描述冲击荷载下混凝土材料的力学性能提供了一条新的途径,该模型通过增加单元间的联系,而非单元数量的方法,在细观层次实现对材料不均匀性的描述,控制了节点数量,缩短了计算时间。本文深入研究了冲击荷载下多重随机等效桁架模型的参数:杆件极限强度、杆件极限强度方差值、杆件弹性模量、阻尼系数。在总结了这些参数对数值试验结果的影响规律之后,建立了单轴和三轴加载试验模型,用来模拟混凝土冲击破坏试验。数值模拟结果与试验结果吻合较好,证明了本数值试验的有效性,从而证明多重随机等效桁架模型在描述混凝土材料冲击荷载下力学性能上的适用性,为冲击荷载下混凝土仿真试验的进一步研究工作提供一定的理论依据。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的意义
• 1.2 混凝土冲击破坏研究现状
• 1.2.1 基于材料变形机理的建立的本构模型
• 1.2.2 基于试验结果回归分析建立的本构模型
• 1.3 计算机仿真分析
• 1.3.1 计算机仿真技术简介
• 1.3.2 计算机仿真在结构工程中的应用
• 1.3.3 计算机仿真试验一般操作规程
• 1.4 本文的主要内容
• 第二章 自动元胞机理论
• 2.1 前言
• 2.2 自动元胞机发展历史
• 2.3 自动元胞机基本概念
• 2.4 自动元胞机的应用
• 2.5 自动元胞机与力学分析
• 第三章 数值仿真试验系统
• 3.1 数值仿真试验模型
• 3.2 数值仿真试验模型理论基础
• 3.3 数值仿真试验动力加载理论基础
• 3.3.1 CA 计算系统中的节点加载
• 3.3.2 CA 计算系统中的动力荷载传递
• 3.4 数值仿真试验系统开发
• 3.4.1 数值仿真建模系统
• 3.4.2 数值仿真计算系统
• 3.5 冲击荷载下仿真试验实现流程
• 第四章 仿真试验参数研究
• 4.1 单轴冲击荷载作用下参数研究
• 4.1.1 杆件弹性模量影响分析
• 4.1.2 杆件极限抗拉强度影响分析
• 4.1.3 杆件极限强度方差值影响分析
• 4.1.4 阻尼系数c 的影响分析
• 4.2 三轴冲击荷载作用下参数研究
• 4.2.1 杆件弹性模量影响分析
• 4.2.2 杆件极限抗拉强度影响分析
• 4.2.3 杆件极限强度方差值影响分析
• 4.2.4 阻尼系数c 影响分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 混凝土冲击试验数值模拟
• 5.1 冲击试验
• 5.1.1 试验概况
• 5.1.2 试验数据
• 5.2 本文数值试验操作规程
• 5.3 混凝土冲击数值试验
• 5.3.1 混凝土单轴冲击数值试验
• 5.3.2 混凝土三轴冲击数值试验
• 第六章 结论和展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢