一种纯剪仪研制与三维动态剪切虚拟仿真的初步实现

摘要

为了方便地开展颗粒状岩土工程材料的剪切试验，研制了一种既能进行双剪切面纯剪试验，又能经过简单的变换组合开展层间剪切试验的纯剪仪。通过建立剪切试验三维有限元模型，验证研制的纯剪仪试验过程中的应力状态，并利用重塑黄土开展了验证试验，确定相关计算关系式。
　　利用体素三维重建的方法，自动生成了可以反映不规则颗粒、空隙和胶结物分布的三维虚拟仿真模型，并初步模拟了美国工程兵旋转压实剪切试验机压实AC-25沥青混合料的过程。分析了压实过程颗粒和胶结物之间应力的差异性，证明了粗集料是剪应力的主要承担者，但胶结物模量的改变对试件的抗剪强度有着很大的影响。

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1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 剪切试验研究

1.2.1 岩土工程材料细观仿真研究现状

1.3 本文主要研究内容

2 纯剪仪研制及试验验证

2.1 纯剪仪研制背景

2.2 纯剪仪设计

2.3 纯剪试验有限元验证

2.3.1 纯剪试验有限元模型

2.3.2 纯剪试验仿真试验结果分析

2.4 纯剪仪室内试验验证

2.4.1 重塑黄土试件样品制备

2.4.2 纯剪试验准确性验证

2.4.3 层间剪切试验及系数修正

3 虚拟仿真试验研究

3.1 虚拟仿真试验

3.2 数字颗粒库的生成

3.3 混合料试件模型的快速生成

3.3.1 GTM试件的几何表面重构

3.3.2 GTM试件的体素三维重建方法

3.3.3 两种模型生成方法的比较

4动态剪切仿真试验

4.1 GTM旋转压实简介

4.2 旋转剪切压实试验过程模拟

4.2.1三维数值模型构建

4.2.2荷载与边界条件

4.3虚拟实验结果分析

4.4 旋转剪切压实试件强度机理研究

4.4.1混合料压实过程中接触部分应力分布

4.4.2不同力学性质下的GTM试件xy剪应力

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献