泡沫填充混凝土动静态压缩与机轮贯入行为分析

发布时间：2017-08-07 08:12

  本文关键词：泡沫填充混凝土动静态压缩与机轮贯入行为分析

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【摘要】：随着世界民航业的发展,飞机起飞和着陆期时意外滑出跑道的事故时有发生,而工程材料拦阻系统(Engineered Material Arresting System,EMAS)的研发与应用有效降低了事故造成的伤害。EMAS由具有特定力学性能的材料,如良好吸能效果的泡沫混凝土铺设在机场跑道而成。泡沫填充混凝土(Foam Filled Concrete,FFC)是在水泥中加入聚苯乙烯泡沫(Expanded Polystyrene,EPS)颗粒制成的轻质材料。该新材料由于吸能效果良好、性能稳定、耐久性好等优点有望代替易老化、低温下拦阻性能差的泡沫混凝土而作为EMAS的新型拦阻材料。本文首先对FFC材料进行了准静态压缩实验,建立了材料的准静态压缩本构关系。然后利用LS-DYNA在验证数值模拟可靠性的基础上,研究了材料在落锤冲击荷载下的力学性能。最后结合缩比机轮动静态贯入实验,建立了缩比机轮准静态贯入力学模型,并采用LS-DYNA软件研究了FFC在缩比机轮冲击贯入下的力学响应,分析了缩比率、冲击速度、EPS体积含量等对贯入曲线和能量吸收性能的影响。具体研究内容如下:(1)首先基于EMAS对拦阻材料性能要求的基础上,制作了EPS体积含量从66.5%~84.0%的6种FFC试件,进行了准静态单轴压缩实验,建立了材料的准静态压缩本构关系,并用实验结果进行了本构关系的验证,得到了考虑EPS体积含量影响的FFC材料准静态压缩本构关系,为后续的数值模拟提供了基础数据。(2)在获得了FFC材料准静态压缩本构关系的基础上,利用LS-DYNA有限元软件建立了落锤冲击载荷下FFC宏观各向同性有限元模型,得到了FFC材料在冲击载荷下的力学响应曲线,在与落锤冲击实验结果对比验证基础上,分析了冲击速度和EPS体积含量对FFC材料冲击响应的影响。(3)进行了缩比机轮准静态贯入实验,对准静态贯入中缩比机轮进行了受力分析,建立了FFC在缩比机轮准静态贯入荷载下的力学模型,并与实验进行对比验证,讨论分析了不同机轮缩比率和EPS体积含量下FFC的力学响应。最后,结合落锤冲击贯入实验和数值模拟,利用LS-DYNA有限元软件建立了缩比机轮冲击贯入FFC各向同性有限元模型,得到了材料冲击响应曲线,在与落锤冲击贯入实验结果对比验证的基础上,研究了EPS体积含量和冲击速度对FFC的冲击贯入力学响应和能量吸收特性的影响。
【关键词】：工程材料拦阻系统 泡沫填充混凝土 准静态本构 落锤冲击 准静态贯入 冲击贯入 数值分析
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V351
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-19
• 1.1 引言12-14
• 1.1.1 研究背景12-14
• 1.1.2 研究意义14
• 1.2 泡沫混凝土力学性能研究现状14-16
• 1.3 泡沫填充混凝土混凝土力学性能研究现状16-17
• 1.3.1 泡沫填充混凝土准静态力学性能研究16
• 1.3.2 泡沫填充混凝土动态力学性能研究现状16-17
• 1.4 本文主要工作和内容17-19
• 第二章 泡沫填充混凝土准静态压缩本构模型研究19-32
• 2.1 泡沫填充混凝土准静态压缩实验19-22
• 2.1.1 实验方案19-20
• 2.1.2 试件的制作20-21
• 2.1.3 泡沫填充混凝土试件弹性模量测量21-22
• 2.2 实验结果分析22-25
• 2.2.1 压缩应力-应变曲线22-24
• 2.2.2 泡沫填充混凝土的抗压强度24-25
• 2.3 泡沫填充混凝土准静态压缩本构关系25-30
• 2.4 基于材料本构关系的力学性能讨论30
• 2.5 本章小结30-32
• 第三章 泡沫填充混凝土冲击压缩力学性能研究32-57
• 3.1 泡沫填充混凝土落锤冲击实验32-42
• 3.1.1 实验方案32-33
• 3.1.2 实验结果处理33-42
• 3.2 落锤冲击实验的数值模拟42-47
• 3.2.1 有限元模型42-45
• 3.2.2 泡沫填充混凝土落锤冲击实验有限元模型验证45-47
• 3.3 计算结果与分析47-56
• 3.3.1 落锤冲击速度对泡沫填充混凝土冲击力学性能影响48-49
• 3.3.2 EPS体积含量对泡沫填充混凝土冲击力学性能影响49
• 3.3.3 冲击响应特征值分析49-54
• 3.3.4 能量吸收分析54-56
• 3.4 本章小结56-57
• 第四章 机轮贯入下泡沫填充混凝土的力学响应57-80
• 4.1 缩比机轮准静态贯入实验57-59
• 4.1.1 实验方案57-58
• 4.1.2 机轮准静态贯入荷载作用下泡沫填充混凝土的力学性能58-59
• 4.2 机轮准静态贯入荷载下泡沫填充混凝土的力学响应59-69
• 4.2.1 理论模型59-61
• 4.2.2 实验验证61-64
• 4.2.3 机轮缩比率对贯入力学响应的影响64-68
• 4.2.4 机轮准静态贯入荷载中剪力的权重分析68-69
• 4.3 机轮动态贯入下泡沫填充混凝土的力学性能69-78
• 4.3.1 机轮冲击贯入实验69-71
• 4.3.2 有限元模型验证71-73
• 4.3.3 机轮动态贯入力学响应讨论73-78
• 4.4 本章小结78-80
• 总结与展望80-82
• 总结80-81
• 展望81-82
• 参考文献82-86
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果86-87
• 致谢87-88
• 附件88

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本文编号：633629