混凝土材料动态间接拉伸和层裂试验的数值模拟

发布时间：2017-08-27 06:19

  本文关键词：混凝土材料动态间接拉伸和层裂试验的数值模拟

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【摘要】：本文利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对冲击荷载作用下混凝土类材料的两类间接拉伸(包括半圆弯曲试验简称SCB试验和巴西圆盘试验简称BD试验)和层裂试验进行了数值模拟。间接拉伸试验部分：试样分别采用了线弹性和Holmquist-Johnson-Cook(简称HJC)动态本构两种模型,对两种动态间接拉伸试验中沿用静态线弹性理论计算抗拉强度的误差进行了分析,得到如下的研究结果：,(1)当SCB试验弧形垫块角度a在15°到25°,试样直边加载支座间距L与试样直径D的比值L/D在0.6到0.8,圆棒垫条半径r在0.004m到0.006m范围内,BD试验弧形垫块角度β在18°到24°范围内,两种试验方法用静态弹性理论计算动态抗拉强度的最大误差均不超过9.8%。且两种本构模型模拟结果的误差不超过2%。(2)冲击载荷作用下,SCB试验中试样起裂点始终为直边中点,而BD试验中试样起裂点不固定。在相同的加载情况下,SCB试验中试样的最大拉应力与最大压应力的比值显著大于BD试验,因此SCB试验更适合混凝土等脆性材料动态间接抗拉强度的测量。层裂试验部分：主要对混凝土、岩石类脆性材料的层裂试验进行了有限元模拟,得到如下的研究结果：(1)研究了应力波在该类材料中传播的衰减规律,包括两类机制：弹性波峰值由于大尺寸试样几何弥散产生的小幅度线性衰减,与应变率相关的粘塑性波由于本构导致的指数衰减。在此基础上,本文提出了包含常数项的指数型应力波峰值拟合公式。建议采用可以忽略应力波衰减影响的细长试样进行层裂试验。(2)对脆性材料的层裂破坏进行了研究,有限元模拟得到的层裂片厚度与一维应力波理论非常吻合,验证了按一维应力波理论确定层裂强度试验方法的有效性。(3)通过对比三种不同入射波形下的层裂片形状及净拉应力波形,发现非对称的入射波形状更有利于试验中获得平直的层裂断面和较准确的层裂强度。
【关键词】：SCB试验 BD试验 层裂试验 HJC本构 应力波衰减规律
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU528
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-16
• 第一章 绪论16-24
• 1.1 课题研究背景和意义16
• 1.2 间接拉伸试验研究状况16-21
• 1.2.1 巴西圆盘研究状况17-19
• 1.2.2 半圆弯曲研究状况19-21
• 1.3 层裂试验研究状况21-22
• 1.4 本文主要研究内容22-23
• 1.4.1 间接拉伸试验22-23
• 1.4.2 层裂试验23
• 1.5 本章工作小结23-24
• 第二章 基本理论24-32
• 2.1 引言24
• 2.2 HJC模型24-26
• 2.3 SHPB技术发展状况26-27
• 2.4 SHPB试验装置27-29
• 2.5 层裂试验装置29
• 2.6 ANSYS/LS-DYNA软件介绍29-31
• 2.6.1 LS-DYNA算法介绍30
• 2.6.2 LS-DYNA软件求解步骤30-31
• 2.7 本章工作小结31-32
• 第三章 间接拉伸和层裂试验有限元模型的选择32-48
• 3.1 引言32
• 3.2 材料模型及单元类型选择32-35
• 3.2.1 物理模型与材料参数选择32-33
• 3.2.2 单元类型和接触类型的选择33-35
• 3.3 间接拉伸和层裂试验模型的选择35-47
• 3.3.1 SCB模型的选择35-41
• 3.3.2 BD模型的选择41-45
• 3.3.3 层裂模型选择45-47
• 3.4 本章小结47-48
• 第四章 混凝土材料动态间接拉伸试验的数值模拟48-61
• 4.1 引言48
• 4.2 抗拉强度计算公式48-49
• 4.3 有限元模型49-51
• 4.3.1 动态SCB实验有限元模型以及相关参数49-50
• 4.3.2 动态BD实验有限元模型以及相关参数50-51
• 4.4 加载荷载的选择51-56
• 4.4.1 SCB试验中加载荷载的选择51-54
• 4.4.2 BD试验中加载荷载的选择54-56
• 4.5 有限元模拟结果分析56-59
• 4.6 动态SCB实验与BD实验的对比59-60
• 4.7 结论60-61
• 第五章 混凝土材料层裂试验的数值模拟61-73
• 5.1 引言61
• 5.2 层裂试验原理及有限元模型61-63
• 5.2.1 层裂试验原理61-63
• 5.2.2 有限元模型63
• 5.3 应力波在试样中的衰减规律63-66
• 5.4 层裂试验的模拟66-72
• 5.5 结论72-73
• 第六章 结论与展望73-75
• 6.1 本文工作总结73-74
• 6.2 工作展望74-75
• 参考文献75-80
• 研究生期间发表的论文80

【参考文献】

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本文编号：744794