不同应变率下再生混凝土动态力学性能分析

基于动态损伤问题的势能原理基面力元法,利用再生混凝土随机圆骨料模型,针对应变率敏感性对再生混凝土动态力学性能的影响问题进行研究,讨论了不同应变率(10-5/s^10-2/s)下,再生混凝土立方体试件的应力—应变关系的变化规律。研究结果表明:随应变率的增大,试件的峰值应力、弹性模量逐渐增大,基面力元法可以用于模拟再生混凝土细观结构和宏观动态力学性能的关系。

基于数字图像处理技术的再生混凝土数值模拟

为了研究骨料形态对再生混凝土材料力学性能的影响,基于势能原理的基面力元法,利用图像处理技术和MATLAB软件,建立了再生混凝土真实骨料细观模型。应用FORTRAN分析软件对再生混凝土试件进行单轴拉伸试验的数值模拟,研究了真实骨料细观模型再生混凝土宏观应力-应变曲线变化规律和试件的破坏形态。结果显示,真实骨料模型得到的宏观应力-应变曲线和试验曲线吻合度较高,骨料形状对试件的破坏形态影响较小。模型可真实地模拟再生混凝土在单轴拉伸作用下的损伤破坏过程,准确地反映试件的实际骨料形态。

碳纳米管增强水泥基复合材料的二维代表单元研究

为了从细微观尺度上研究碳纳米管-水泥基复合材料的损伤破坏过程和破坏机理,从碳纳米管-水泥基复合材料中选取尺寸为100μm×100μm的代表单元,建立二维代表单元的细微观层次的数值模型。以势能原理的基面力元法为理论基础,对代表单元进行数值模拟,探究在单轴受压状态下碳纳米管-水泥基复合材料的力学性能变化,并绘制破坏裂纹的发展过程图和最大主应力分布变化过程图。结果表明,该代表单元模型能够较真实地模拟复合材料在单轴压缩状态下的损伤破坏过程,通过数值模拟不同含量的复合材料代表单元模型,发现增强体的含量影响着复合材料的强度及韧性,选择合适的含量范围有利于提升材料的力学性能。通过数值模拟的方法分析碳纳米管增强水泥基复合材料的作用机理,拓展了基面力元法的应用范围,节约了计算资源,其结果丰富了碳纳米管-水泥基复合材料力学性能的研究,可为相关工程应用及基础研究提供参考。

基于界面等效模型的再生混凝土基面力元分析

从细观角度分析再生混凝土的力学特性,以往都是将再生混凝土视为由骨料、新砂浆、新界面、老砂浆、老界面五相介质组成的复合材料来分析,为了简化这种常规五相再生混凝土模型,提出了基于界面等效模型的再生混凝土基面力元分析方法。首先运用三相球理论模型将再生混凝土中的老砂浆、新界面、老界面三相介质等效成一种介质,得到三相介质的再生混凝土界面等效模型;然后利用势能原理的基面力元法编制出损伤基面力元程序,对不同尺寸的再生混凝土试块进行单轴拉伸试验模拟。给出了应力-应变曲线及破坏过程图,并与普通五相模型进行了对比,两种曲线基本吻合。因此,等效模型可以代替普通五相模型,从而简化多相再生混凝土的损伤分析,提高模拟效率。

利用基面力单元法分析再生混凝土端部摩擦效应

本文利用基面力单元法,建立了二维再生混凝土随机骨料细观模型,该模型采用了与界面对齐的Delaunay三角形剖分,模型中的各相材料均采用多折线损伤本构模型,并运用Kupfer双轴强度破坏准则作为双压区损伤的判定依据。其中采用零厚度界面单元考虑了再生混凝土试件与加载垫板之间的摩擦,并讨论了端部摩擦对再生混凝土试件峰值强度和破坏模式的影响。数值结果与前人试验结果吻合较好,证明了本文建立的模型能较好地模拟再生混凝土试件的宏观力学行为。此外,数值结果表明:端部摩擦会显著影响再生混凝土的峰值强度和破坏模式,并且随着高宽比减小,影响程度增大;端部摩擦的影响范围有限,距离端部越远,受到的影响越小。

固体浮力材料研究前沿

固体浮力材料是深海开发中普遍应用的一种功能材料,利用其密度小于海水的特点,实现往返式深潜器的无动力上浮和海底生产系统的浮力补偿与保温.随着海洋资源开发及科考向深海的挺进,装备作业模式向长时间坐底、连续往返方向发展,因此对固体浮力材料提出了更为苛刻的要求.低密度、抗高静水压的能力以及长时间深水服役环境下的可靠性是固体浮力材料的核心目标.文章以这三方面要素为牵引,分类阐述了两相、三相和混杂强化浮力材料的微结构与性能之间的关系.同时结合深远海探测装备长期服役的需求,从物理老化、吸水和降解等方面着重论述了浮力材料在不同环境中的耐久性研究.最后文章就浮力材料和构件设计中的问题和挑战以及固体浮力材料技术的未来发展提供了建议和讨论.