新型节圆正弦蜂窝面内压缩力学性能研究

面内压缩载荷下,曲壁蜂窝可有效改善直壁蜂窝出现的应力集中问题.为进一步提高曲壁蜂窝的抗冲击性能,在已报道的正交正弦蜂窝(orthogonal sinusoidal honeycomb,OSH)的节点处插入薄壁圆环,得到了一种新型节圆正弦蜂窝(sinusoidal honeycomb with circular nodes,CSH).通过3D打印聚乳酸(PLA)制备了两种蜂窝试样进行准静态压缩实验,并采用LS-DYNA进行有限元数值模拟,实验结果和数值模拟结果有较好的一致性,相比OSH,CSH因节圆的增加第2平台应力大大提高.通过验证有效的数值模拟方法系统地研究了几何参数及冲击速度对CSH面内压缩力学性能的影响.结果发现:CSH应力−应变曲线具有两个平台阶段,基于蜂窝胞元不同阶段特有的变形机制,推导出双平台应力的理论解,其结果与数值模拟结果较为一致.CSH的第1平台应力几乎不受节圆半径的影响,但随着振幅的减小及壁厚的增大而增大.第2平台应力随振幅的减小、节圆半径和壁厚的增大而增大.此外,CSH在第2平台阶段与密实阶段之间还增加了一个因节圆变形导致的应力增强阶段,这极有利于提高CSH的吸能性能.最终,CSH在密实应变前的总比吸能随振幅的减小、节圆半径和壁厚的增大而增大.冲击速度从2m/s提高到100m/s.CSH的负泊松比效应逐渐减弱,但即使在100 m/s的高速冲击下,仍有轻微的负泊松比效应.所有速度下CSH的吸能性能均优于OSH,且低速和中速时优势更为明显,比吸能分别提高了1.84倍和0.75倍.

含孔隙混凝土的动态压缩数值模拟

为研究孔隙大小、数量及位置分布对混凝土动态压缩力学性能的影响,文章通过ANSYS参数化设计语言编程创建含随机分布球形孔隙的混凝土有限元模型,利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对孔隙混凝土的分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)试验进行数值模拟;提出一个预测不同孔隙率、不同孔隙数目混凝土在不同应变率下动态抗压强度的经验方程。研究结果表明:对于含单个球形孔隙的混凝土,孔隙尺寸越大,抗压强度越小,但内部孔隙位置发生变化时,抗压强度基本没有变化;相同孔隙率下,孔隙数目增加,混凝土抗压强度呈指数衰减,并最终趋于一个稳定值;孔隙率越低,混凝土抗压强度趋于稳定值时的孔隙数目越少,孔隙率为1.11%时,多孔隙混凝土的抗压强度与单个孔隙时无显著差别,可按单孔隙计算;提出的经验方程预测结果与仿真试验结果有很好的一致性。

细观骨料模拟在混凝土路面中的应用

混凝土细观模型相对于宏观模型更能准确地反映出混凝土路面的力学性能。本文利用蒙特卡罗随机抽样原理生成不规则混凝土骨料的模型,将生成的骨料模型充填于混凝土中,建立三维三相混凝土细观骨料模型;运用LS-DYNA软件对细观混凝土骨料进行低速冲击仿真模拟,探究混凝土路面受冲击载荷作用下的破坏方式及裂纹扩展情况。