圆柱形混凝土类材料试件静动态特性试验及数值模拟研究

摘要

混凝土类材料是一种典型的脆性材料，广泛应用于建筑、交通、水利、机场跑道、市政等建设工程以及抗侵彻爆炸等军工方面。作为一种常用的材料，其静动态力学性能一直是国内外学者们研究的热点。本文采用ABAQUS数值仿真软件对准静态压缩试验下水泥砂浆试件的材料参数进行了敏感性和不确定性传播分析、基于细观模型就界面及骨料对混凝土试件静态力学的影响及破坏机理进行了探讨、使用SHPB试验装置对不同强度的水泥砂浆试采进行了动态压缩试验。
　　首先，本文采用ABAQUS数值仿真软件建立了准静态压缩数值模型，对准静态压缩过程中的试件尺寸参数、材料参数以及接触参数进行了敏感性和不确定性传播分析，结果表明:(1)柱形水泥砂浆试件准静态压缩数值仿真结果与试验结果吻合较好，验证了数值仿真模型的合理性和可行性;(2)端面摩擦产生的侧向围压效应与试件长径比有很大关系。长径比为0.5的试件参数敏感性排序为D＞μ＞β＞L＞E;长径比为2的试件参数敏感性排序为D＞L＞E＞μ＞β;(3)长径比为2的试件在准静态压缩状态下获得的压力-位移曲线结果离散度比长径比为0.5的试件小，符合混凝土类材料单轴静态压缩试验设计要求，同时也验证了敏感性和不确定性传播分析的合理性。
　　其次，基于细观力学，对水泥砂浆试件与含球形骨料混凝土试件的数值模拟结果进行了对比。结果表明:界面的存在使得试件承受的压力峰值所对应的位移值变小（即非线性行为提前），证明了在受压下界面过渡区由于许多孔隙的存在使得其最先受到破坏。同时验证了混凝土试件的宏观破坏是建立在细观损伤的基础上，细观损伤是破坏的内因和根本，试件的宏观破坏是细观损伤的累积和发展的结果。
　　文章最后采用SHPB试验装置对强度为C25和C45的两种水泥砂浆试件进行了动态压缩试验，结合高速摄影装置分析了其破坏机理，并通过三波法对试验数据的有效性进行了验证，结果表明:(1)同一种强度水泥砂浆试件在SHPB动态压缩试验中其应力峰值随应变率增大而增大，而应力峰值对应的应变值随着应变率的增大而减小;(2)在同一应变率下，应力峰值随水泥砂浆试件强度的增大而增大。将试验结果与数值模拟得到的应力-应变曲线进行比较，结果吻合较好，验证了本文中动态压缩数值模拟的有效性，为通过数值模拟对混凝土类材料在动态压缩试验方面的进一步研究奠定了基础。

目录

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摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 研究的背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 混凝土类材料研究现状

1．2．2 混凝土类材料数值模拟研究现状

1．2．3 材料参数不确定性分析研究现状

1．2．4 混凝土类材料细观数值模型研究现状

1．3 本文的主要研究内容

第2章 静压下砂浆材料参数敏感性与不确定性分析

2．1 引言

2．2 水泥砂浆试件静压试验及结果

2．3 D-P本构下仿真模型及验证

2．4 试验设计

2．5 材料参数敏感性分析

2．5．1 长径比为0．5的试件材料参数敏感性分析

2．5．2 长径比为2的试件材料参数敏感性分析

2．6 材料参数不确定性传播分析

2．6．1 非概率区间算法

2．6．2 长径比为0．5的试件不确定性传播分析

2．6．3 长径比为2的试件不确定性传播分析

2．7 本章小结

第3章 界面对混凝土静态力学特性影响的仿真研究

3．1 引言

3．2 数值模型

3．2．1 模型介绍

3．2．2 材料模型

3．3 模拟结果分析

3．4 本章小结

第4章 二维随机骨料模型下混凝土静态力学特性研究

4．1 引言

4．2 二维随机骨料模型理论

4．3 数值模型

4．3．1 模型介绍

4．4 仿真结果分析

4．5 本章小结

第5章 动载下不同强度砂浆试件力学特性的研究

5．1 引言

5．2 SHPB及高速摄影试验技术介绍

5．2．1 SHPB试验技术

5．2．2 高速摄影技术

5．3 SHPB试验结果及讨论

5．3．1 试验装置及试件

5．3．2 三波法及数据验证

5．3．3 试验结果分析

5．4 数值模拟

5．5 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

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