超高韧性水泥基复合材料动态断裂行为的近场动力学模拟

发布时间：2021-04-26 23:11

　　超高韧性水泥基复合材料（简称UHTCC,又称ECC）是一种具有良好的拉伸应变硬化能力和多缝开裂特性的新型高性能水泥基复合材料,在对该材料性能的研究过程中,多缝开裂的动态破坏行为涉及到大量不连续问题,而连续介质的传统理论数值分析方法,在该问题上都遇到了困难。而一种基于空间积分方程描述物质力学行为的多尺度非局部理论——近场动力学理论（Peridynamics,简称PD）,避免了基于连续性假设建模和求解空间微分方程的传统宏观方法在面临不连续问题的奇异性。本文建立了ECC材料的PD模型。首先简单介绍了基于键的PD数值理论,然后介绍了ECC材料的两种建模方法:全离散模型和半离散模型。全离散模型相当于由一个代表基体的均匀相和一个包含所有离散纤维的第二相组成,基体部分采用实体有限元建模,纤维部分采用三维内嵌单元建模。全离散建模可以真实反应物质在模型中的分布,但计算效率上是一大短板。而且对于节点间距在0.1mm级以上的PD模型理论,不适合对ECC采用全离散建模。半离散模型则是将两相中的基体部分离散建模,另一相（纤维）以力的形式作用在基体上。通过对基体的建模和纤维与基体相互作用的建模来完成对ECC的PD... 

【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及选题意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 PD方法的国外研究现状
        1.2.2 PD方法的国内研究现状
        1.2.3 ECC研究现状
    1.3 本文的主要研究内容
2 近场动力学基本理论
    2.1 近场动力学理论方程
    2.2 近场动力学数值方法
    2.3 近场动力学中的收敛形式
    2.4 本章小结
3 超高韧性水泥基复合材料的近场动力学模型
    3.1 水泥基体建模
    3.2 纤维与基体相互作用的建模
    3.3 模型中随机纤维位置调整
    3.4 半离散模型数值验证
        3.4.1 计算模型建立
        3.4.2 近场动力学数值模型计算结果与已有实验结果的对比分析
    3.5 本章小结
4 超高韧性水泥基复合材料板裂纹动态扩展的收敛性分析
    4.1 计算模型建立
    4.2 收敛性分析
    4.3 本章小结
5 超高韧性水泥基复合材料动态断裂模拟
    5.1 含预制裂纹ECC板受单轴拉应力模拟分析
        5.1.1 计算模型
        5.1.2 预制裂纹长度和纤维掺量对裂纹扩展的影响分析
    5.2 含预制裂纹ECC板受冲击荷载模拟分析
        5.2.1 计算模型
        5.2.2 预制裂纹与荷载间距和纤维掺量对裂纹扩展的影响分析
    5.3 含预制裂纹ECC板受冲切荷载模拟分析
        5.3.1 计算模型
        5.3.2 纤维掺量对裂纹扩展的影响分析
    5.4 含预制裂纹ECC板楔劈拉伸模拟分析
        5.4.1 计算模型
        5.4.2 纤维掺量和预制裂纹深度对裂纹扩展的影响分析
    5.5 本章小结
6 结论和展望
    6.1 结论
    6.2 研究存在的不足和展望
参考文献
个人简历
作者攻读硕士学位期间科研成果
致谢



本文编号：3162294