核级石墨PFC^(2D)模型的宏细观参数分析

颗粒流软件PFC能够很好地处理非连续介质力学的问题,模拟核级石墨的损伤和断裂过程具有独特的优势。在采用PFC^(2D)模拟核级石墨时,为了增加模拟的便捷性,实现了PFC^(2D)细观参数的快速标定。本文首先设计了四因素四水平的正交试验,分析了核级石墨的宏观参数与PFC^(2D)的细观参数关系;然后基于建立的核级石墨宏细观参数的关系,采用PFC^(2D)模拟石墨IG11的三点弯曲试验,并从位移场变形、荷载-位移曲线和断裂参数三个方面验证其宏细观参数关系的正确性。结果表明,弹性模量E随平节理模量E_(c)的增加线性增加;抗拉强度σ_(t)随平节理抗拉强度σ_(b)的增加线性增加;泊松比ν随平节理刚度比k_(n)/k_(s)的增加先增大后减小;数值模拟的位移场变化和荷载-裂缝口张开位移P-CMOD曲线与试验结果较吻合,此外,断裂参数的最大误差不超过3.57%。

高强混凝土的断裂特性及其参数化分析

为了研究高强混凝土(HSC)的断裂特性,对单边切缝的HSC梁进行三点弯曲试验,采用扩展有限元法(XFEM)对HSC梁进行数值模拟;采用数字图像相关技术(DIC)得到不同加载阶段HSC梁的水平应变场,并采用XFEM模型分析了不同缝高比a_(0)/D、梁跨度S对HSC断裂特性的影响。结果表明:模拟的荷载-裂缝口张开位移(P-s)曲线在加载阶段与试验结果基本一致,但在卸载阶段小于试验值;模拟的临界有效裂缝长度a_(c)、起裂荷载P_(ini)、峰值荷载P_(un)、峰值荷载下的裂缝口张开位移s、起裂断裂韧度K_(IC)^(ini)、失稳断裂韧度K_(IC)^(un)与试验结果大致吻合,即二者P-s曲线和断裂参数均比较接近,数值模型能较好模拟HSC的断裂行为;在试验过程中,裂缝路径不规则,而在数值模拟过程中,裂缝基本呈直线扩展;随着缝高比a_(0)/D增大,起裂荷载P_(ini)、峰值荷载P_(max)、K_(IC)^(un)减小,K_(IC)^(ini)基本不变;随着跨度S的增大,起裂荷载P_(ini)、峰值荷载P_(max)减小,K_(IC)^(un)增大,而K_(IC)^(ini)基本保持稳定。

采用数字图像体相关方法的核级石墨断裂特性研究

为研究核工程备选石墨(SNG742细粒石墨)的断裂性能,探明材料的三维断裂力学特性,对压缩双裂纹圆孔板(DCDC)试件进行压缩试验,使用X射线计算机断层扫描(XCT)技术对试件内部进行测量。采用数字图像体相关(DVC)方法对XCT扫描图像进行分析,获得了DCDC试件的三维位移场和应变场。通过对比DVC和有限元模型的x方向应变场,反演了试件的弹性模量。结果表明,当弹性模量取10.6 GPa时,有限元模拟结果与试验结果最接近,二者的最小应变误差约为0.09×10^(-3)。此外,利用XCT图像中裂缝与周围区域灰度差异明显的特点,定量分析了尺度上与主裂缝宽度接近的内部缺陷,整体上受拉区域的缺陷密度高于受压区域的,其平均值大约是受压区域的2.7倍。从试件的位移场得到裂缝的三维特征,分析表明:局部裂缝长度沿试件厚度方向呈现内部高、表面低的分布规律,裂缝张开位移与局部裂缝长度成正比,裂尖张开角基本保持不变,约为1.5°。最后,分析了裂缝前缘处应变,发现应变不随局部裂缝长度的变化而改变,其值始终保持在5.8×10^(-3)上下。本研究方法可为通过小尺寸试件获得材料的断裂参数提供思路,研究结果可为研究核级石墨的三维断裂特性提供直接的试验证据。

核工程石墨断裂力学研究进展

高温气冷堆和熔盐堆作为第四代核电反应堆的主要候选堆型,均采用核石墨作为中子慢化剂和堆芯结构材料。在核反应堆运行过程中,核石墨作为主要的堆芯结构材料将承受常见的机械载荷、不同运行工况下的热应力、辐照变形以及地震作用等,使得石墨构件处于复杂的应力作用下,材料内部的微观损伤不断累积,在键、槽及不连续处的局部应力集中甚至会导致宏观裂纹的出现,从而影响整个堆芯结构的尺寸完整性,威胁反应堆的安全。因此,对核石墨材料损伤和断裂力学特性进行研究很有必要,可提高堆芯结构完整性评估的可信度。本研究首先从材料的失效准则、断裂准则、R阻力曲线、非线性断裂力学模型及多尺度分析方法几个方面介绍了核石墨断裂力学的研究进展;接着归纳了确定核石墨断裂参数采用的标准试验方法,结合常用的试验方法回顾了目前的研究现状;最后,从服役环境的影响、断裂过程区表征和尺寸效应3个方面对核石墨断裂力学研究的未来发展趋势进行了展望。本研究可为核石墨断裂力学模型的提出及完善提供参考,对获取核石墨断裂参数的试验方法选择提供依据,为核石墨断裂力学研究提供思路。

土木工程专业英语教学改革与探索——师生互动教学模式的实践

随着工程领域国际交流合作程度的加深,我国亟需一大批既懂专业又能运用英语交流的国际化人才。为了培养这样的人才,各高校土木工程专业都在积极推进双语教学。结合贵州大学职业技术学院开设的土木工程专业英语课程教学实践情况,分析了教学中存在的问题,提出了师生互动教学模式,包括教师的引导式教学和以学生为主导的演讲式教学,增加了学生的学习兴趣及课堂参与度,取得了较好的教学效果,并为今后土木工程专业双语教学改革提出一些建议。

理工科硕士研究生科研素养的培养研究

研究生科研素养的培养是研究生教育的重要内容,是推进创新型国家建设的必然需求,也是培养科研后备力量的主要途径。贵州大学空间结构研究中心结合研究生的培养情况,从研究生、导师及课程设置三个角度分析了当前理工科硕士研究生科研素养的培养现状,从注重生源科研潜力、研究生科研意识教育、导师宽严适度的管理、课题组科学的运转制度、富于创新的教学模式、产学研相结合的培养模式六个方面对研究生进行科研素养的培养。

基于SAP模型的预制装配式钢筋混凝土框架结构的推覆分析

为了研究预制装配式钢筋混凝土框架结构的地震响应,本文根据欧洲研究课题组在最新的实验研究中所采用的往复加载试验模型,利用SAP2000结构分析软件建立数值模型对结构进行推覆分析。结构中的柱子构件在地震力的作用下将产生非线性变形,这种非线性变形的特性是由塑性铰和非线性连接来实现的。本文对于塑性铰与非线性连接的材料属性的评估过程也进行了详细的论述。推覆分析结果与往复试验数据的比较表明,本文提出的推覆分析模型可以较好地模拟预制框架结构的受力和变形过程,对结构的抗震性能有较准确的预测,为数值模型进行结构抗震性能分析提供了依据。

现浇磷石膏抗压强度的试验研究

在改性研究及工程实践基础上,对磷石膏掺入磷渣微粉、熟石灰、水泥、减水剂和缓凝剂确定了9种材料配合比,按水灰比为0.43制作了52个立方体试件和33个棱柱体试件进行抗压强度试验,还按第7种配合比制作8个比例为1/2的墙体模型进行轴心受压试验,结合前期研究结果确定现浇磷石膏的抗压强度值.结果表明,棱柱体抗压强度约为立方体抗压强度的0.8倍,墙体中的现浇磷石膏抗压强度约为棱柱体抗压强度的0.68倍,材料容重可取14.0~15.0kN/m3.以工程实例为基础进行了可靠度分析,建议现浇磷石膏的材料分项系数取1.9,并给出了按本文材料配合比的抗压强度标准值及设计值.

三维风场下的不同桥梁断面形式的气动特性数值分析

基于计算流体力学(CFD)方法,计算风对桥梁的静力作用。首先在二维和三维风场环境中,分别计算了同一桥梁断面的三分力系数,将其与风洞试验结果进行了对比。然后在三维风场下,分别以扁平箱梁、分离式双边箱梁和∏型梁三种经典桥梁断面为结构模型,建立-5°～+5°共11个风攻角下的流场模型,以剪切应力输运k-ω模型为湍流模型,提取不同攻角下的三分力系数,绘制了桥梁结构模型周围的风场特征图,包括压力云图、速度和旋涡的分布图,分析不同桥梁断面形式的抗风性能。结果表明,三维的计算结果更加接近试验值,其阻力系数和升力系数与试验值的误差分别为1.36%和0.054%。通过三维数值分析得到的数据可以初步确定抗风性能好的断面类型,能为大跨度桥梁的设计与研究提供重要参数。

三点弯曲下混凝土梁挠度与裂缝口张开位移关系

为研究三点弯曲混凝土梁挠度δ与裂缝口张开位移CMOD的关系,对五组尺寸相同、强度不同的预制切口梁进行三点弯曲试验,获得加载全过程的P-δ曲线和P-CMOD曲线。由于试验中的P-δ曲线和P-CMOD曲线同步测得,取相同P值下对应的δ值与CMOD值,即可得到一一对应的δ值与CMOD关系。分析表明:δ-CMOD关系可分为非线性和线性两部分,采用数值分析确定两部分的拟合参数;针对混凝土强度的影响,提出各参数关于强度的经验公式。最后,通过对不同批次、相同成分的混凝土断裂能对比分析,证实了本文拟合关系的可靠性。采用本文公式由CMOD计算的断裂能G_F^(P-δ(CMOD))的标准偏差为5.93N/m,远小于由挠度实测值计算的断裂能G_F^(P-δ)的标准偏差21.05N/m,且G_F^(P-δ(CMOD))的平均值更接近已知的混凝土的断裂能。

三点弯曲下混凝土断裂性能参数试验研究

采用三点弯曲试验对混凝土断裂性能参数进行研究,测试了一系列尺寸相同、强度不同的预制切口梁。通过采用等效裂缝模型和双参数模型确定混凝土的断裂韧度,结果表明:采用等效裂缝模型和双参数模型计算的混凝土断裂参数基本相同;随着抗压强度的增加,断裂韧度呈上升趋势,通过曲线拟合,提出根据抗压强度确定断裂韧度的经验公式。通过对试验荷载-挠度曲线进行三种不同的处理,包括国际材料和结构实验室联合会(RILEM)建议、对曲线尾部进行延伸以及采用实际的曲线,得到基于虚拟裂缝模型的断裂能。结果表明,RILEM建议得到的断裂能偏大,当曲线下降段的最低荷载与峰值荷载比值P_(min)/P_c0.04时,采用实际荷载-挠度曲线得到的断裂能与尾部延伸后曲线得到的断裂能误差小于5%,可为实际断裂试验的实施提供参考。

预制钢筋混凝土结构在地震荷载下的时程响应

根据SAP2000模型来研究预制钢筋混凝土工业结构在不同的地震强度下的动态反应,求得结构内部关键部位的剪力、位移、弯矩、曲率的时程曲线,并与欧洲研究课题组的最新原型试验结果进行对比,以检验该模型的仿真精度。

玻璃纤维增强磷石膏复合材料力学性能研究

利用纤维增强原理对工业废弃磷石膏进行改性,提高其材料力学性能,以促进工业废弃磷石膏的综合利用。通过在石膏基体中加入直径为10μm、长度为12 mm的玻璃纤维制备石膏复合材料试件,测试不同纤维掺量的复合材料抗压强度,研究纤维掺量对石膏复合材料的力学性能的影响;通过电子显微镜(SEM)对破坏断面进行观察,从微观结构上揭示纤维增强的机理。试验结果表明:玻璃纤维的掺量和分布对复合材料的抗压强度有较大影响。随着玻璃纤维掺量的增大,复合材料的抗压强度逐渐增大,但纤维掺量超过一定值后,复合材料抗压强度将随纤维掺量的增大而减小。纤维的掺量为1.5%时,磷石膏复合材料抗压强度最高,达到8.9 MPa,比未掺加玻璃纤维的石膏强度(6 MPa)提高约48%。

预制钢筋混凝土结构在地震荷载下的往复荷载分析

为了研究预制钢筋混凝土工业结构的地震响应,根据欧洲研究课题组在最新的试验研究中所用的试验原型,建立了SAP2000模型来模拟试验过程.数值模拟将主要研究该结构在不同的地震强度下的往复荷载.数值分析表明,文中的分析模型和方法可以再现试验过程,具有较高的仿真精度,为SAP模型用于分析结构的地震响应提供了依据.

钢筋混凝土空间网格盒式结构在多层厂房中的应用

本文以某拟建多层厂房工程为例,介绍了钢筋混凝土空腹夹层板楼盖盒式结构新体系的组成。采用MIDAS/Gen有限元分析软件建立有限元模型,将钢筋混凝土空间网格盒式结构厂房与常规钢筋混凝土框架结构厂房进行对比,从结构的自振周期、楼层位移、层间位移角、经济技术指标等方面进行对比分析。分析结果表明,盒式结构新体系在空间整体性、空间刚度和经济效益方面均优于常规结构。

混凝土梁的断裂能及其尺寸效应的试验研究

为研究混凝土断裂性能及试件尺寸对其断裂能的影响,对含有预制切口的混凝土试件梁进行三点弯曲试验。试验采用线性位移传感器(Linear Variable Differential Transformers,LVDTs)测量试件梁跨中挠度δ,利用荷载-挠度曲线(P-δ)计算其断裂能。试验结果表明:同种尺寸试件梁的P-δ曲线会表现一定的差异性,但总体比较接近;不同尺寸试件梁的P-δ曲线性质相似,但是试件尺寸越大,P-δ曲线峰值越高。此外,混凝土断裂能表现出一定的尺寸效应,试件尺寸越大,断裂能越高。

高烈度区钢网格盒式筒中筒结构力学性能分析

为研究新型装配整体式空间钢网格盒式筒中筒结构在大震作用下的力学性能,包括结构自振特性,结构剪力分配规律,倾覆弯矩分配规律,侧移分布规律,剪力滞后现象等。以某高烈度区拟建工程为背景,采用MIDAS软件,对比了盒式筒中筒结构和常规框筒结构、筒中筒结构的力学性能差异。分析结果表明:与筒中筒结构和框架—核心筒结构相比,盒式筒中筒结构具有更小的剪力滞后现象,更大的抗侧刚度和抗剪刚度,更好的抗震性能和整体协同工作能力,经济效益显著。

基于ESPI和DIC技术的混凝土断裂特性研究及对比分析

采用电子散斑干涉(ESPI)技术和数字图像相关(DIC)技术对带预制裂缝的三点弯曲混凝土梁进行了测量,研究了普通混凝土(混凝土强度f_(cu)=33.2MPa)和高强混凝土(f_(cu)=65.1MPa)的断裂特性。结果表明:各组试件的P-δ曲线离散性较大,但P-CMOD曲线吻合度较高,在峰值荷载处,临界裂缝尖端张开位移(CTOD_c)分别为21mm和29mm;从试验裂缝张开位移(COD)曲线确定裂缝扩展长度,两种混凝土的裂缝扩展长度与韧带高度之比分别为1∶4和1∶3。分析了两组试件的荷载-裂缝扩展长度关系规律。与夹式位移计测量结果对比发现,ESPI和DIC均可替代传统测量仪器得到比较准确的测量结果,当试件变形较大(CMOD>0.25mm)时,ESPI的测量误差较大,而DIC误差一直保持在0.03mm以内。分析了两种技术测量误差产生的原因,对降低实验误差提出了一些建议。

基于扩展有限元法的混凝土断裂参数研究

基于扩展有限元法(XFEM),对混凝土三点弯曲梁的开裂过程进行数值模拟,获得加载全过程的荷载-裂缝口张开位移(P-CMOD)曲线以及裂缝扩展过程;对比数值模拟和试验获得的P-CMOD曲线发现,二者比较吻合,验证了数值模型的可靠性;通过XFEM和电子散斑干涉技术获得整个加载过程的断裂过程区(FPZ)长度,二者吻合程度较高,表明XFEM可用于预测FPZ长度;基于XFEM分析了初始缝高比对混凝土断裂参数的影响。结果表明:FPZ长度随着裂缝的扩展而增加,当FPZ完全发展后,其长度逐渐减小;峰值荷载时和发展完全时的FPZ长度均随初始缝高比的增大而减小;随着初始缝高比的增大,起裂韧度KIicn i基本不变,失稳韧度KIucn和临界裂缝尖端张开位移(CTODc)呈减小趋势。

陶粒泡沫混凝土力学性能试验研究

在前期试验研究的基础上,通过调整混凝土配合比以及在陶粒外裹水泥浆,共浇筑84块陶粒泡沫混凝土试块;对试块进行压缩试验,采用数字图像相关(DIC)技术对试件表面进行观测。研究了陶粒泡沫混凝土的破坏形态,抗压强度与密度之间的关系以及减水剂掺量、砂含泥量和陶粒外裹水泥浆对试件抗压强度的影响。结果表明:陶粒泡沫混凝土的典型破坏形态为劈裂破坏;陶粒泡沫混凝土的抗压强度和混凝土密度之间呈指数函数关系;陶粒外裹水泥浆可以提高陶粒混凝土的抗压强度,并解决陶粒在施工和运输过程中的上浮问题;陶粒泡沫混凝土的泊松比可取0.22。