基于细观层次的轻骨料混凝土压缩破坏及端面效应数值模拟

为探索轻骨料混凝土力学性能及破坏规律,采用细观数值模拟方法,将轻骨料混凝土看作由球形轻骨料颗粒与砂浆基质组成的两相非均质复合材料,建立三维随机骨料模型,模拟轻骨料混凝土单轴抗压破坏过程,研究分析加载端面约束效应对其裂纹扩展及材料力学性能的影响。研究结果表明:(1)与普通混凝土相比,轻骨料混凝土压缩破坏时,裂纹最先发生在轻骨料处,且裂纹会直接贯穿轻骨料进行延伸;(2)加载端面无约束试件最终形成轴向劈裂破坏,有约束试件最终形成倒锥形破坏;(3)加载端面无约束试件的抗压强度与峰值应变相对于有约束试件分别降低了29.6%、45.5%。该模型及模拟结果为传统宏观试验的不足提供了有效补充。

氮气在微米管中的微尺度流动端面效应

在压力为5~20 MPa、温度为25~60℃范围内,开展了氮气在直径31~100μm管中的流动实验。提出了用于量化微尺度流动端面效应附加压差Δ_(pend)的双管长压差计算法。利用该方法,基于实验结果发现:Δ_(pend)与管径d负相关,而与流速v正相关。在低流速条件下压力对Δ_(pend)的影响不明显,而在高流速条件下Δ_(pend)随压力的升高而增大;在本文实验条件内,温度对Δ_(pend)的影响不明显。据此,建立了综合表征Δ_(pend)与d和v关系的微尺度流动端面附加压差的经验模型。

岩石试件端面效应的变形局部化数值模拟研究

试件端面效应直接影响试件内的应力分布、试件破坏形式和剪切带图案。采用FLAC - 3D模拟了端面效应对岩石试件剪切带图案、速度场和位移场的影响。试样端部的缚束作用较强时 ,仅在试样中部出现X形的剪切带 ;反之 ,在试样端部出现了倾斜的剪切带。压头刚性越大 ,剪切带倾角越大。块体具有整体平移的特性 ,剪切带边缘位移梯度却较大 ,反映了块体沿剪切带发生滑动的剪切破坏本质。数值模拟结果可在众多的试验结果中找到佐证。

混凝土试样单轴压缩端面效应及破坏数值模拟

采用复合型界面损伤本构模型,数值模拟了不同端面约束条件下混凝土立方体试样的单轴压缩试验,分析了端面约束对试样变形特征和破坏过程的影响.考虑两种理想端面约束条件,以试样上、下端面垂直于加载方向的侧向变形完全不受试验机加载端头限制模拟光滑端面条件,以试样上、下端面侧向变形完全被限制模拟粗糙端面条件.数值结果表明,端面粗糙条件下得到的试样峰值应力高于光滑端面,对应的峰值应变也是如此;相比于光滑端面,端面粗糙条件下试样的应力-应变曲线所围面积较大,而且曲线峰后软化段表现出更好的延性;光滑端面条件下试样破坏的宏观表现形式为轴向劈裂,粗糙端面条件下则是以在试样上、下端部形成正倒相连的锥形为特征的破坏形式.数值模拟结果可在众多的试验结果中找到佐证.

端面效应对楔形罩切割器射流成型影响的试验和数值模拟

为了研究端面效应和装药长度对单角度楔形罩线型聚能切割器射流成型性能的影响特点和规律,运用ANSYS/LS-DYNA对方案进行了全尺寸三维数值模拟,并采用X光试验进行了成型照相,获得了不同时刻射流的成型图片。结果表明,X光试验和数值模拟获得的图像外形基本吻合,端面效应使得装药形成的射流质量和速度均有一定程度的下降;在装药长度不同的条件下,端面效应对射流成型的影响也不同;当装药长度小于20 mm时,基本不能形成射流;当装药长度大于20 mm小于70 mm时,对于某一装药长度,形成的射流最大速度逐渐增大至某一固定水平,装药长度范围内可以形成较稳定的射流。为了尽量降低端面效应对射流成型的不利影响,装药长度需要大于70 mm。

三维岩样单轴压缩端面效应及破坏数值模拟

采用三维拉格朗日元法,对三维岩样在单轴压缩及不同端面约束条件下,试样端面上压应力的分布及演化规律、试样的破坏过程及空间局部化区域的形态进行数值模拟研究。在峰值强度之前及之后,岩石的本构模型分别取为线弹性及莫尔库仑剪破坏与拉破坏复合的应变软化模型。数值结果表明,对于粗糙端面,由于强烈的端面约束,试样的弹性区是以两端面为底面的锥体;锥体一旦形成,随着时间步的增加,其体积基本保持不变;压应力集中于端面的四个边上。对于光滑端面,弹性区被塑性区所包围,随着时间步的增加,弹性区逐渐缩小,直到消失;压应力集中于端面的中心。在平面应力状态下,未观测到明显的局部化剪切带图案。无论粗糙还是光滑端面,三维岩样都发生了明显的剪切破坏。三维岩样内部的剪切应变局部化带有主有次,占主导地位的剪切带尺寸较大,应变率集中程度较大。

端面效应对椭圆罩线型切割器射流成型的影响

为了研究端面效应和装药长度对椭圆形罩线型聚能装药射流成型性能的影响特点和规律,运用ANSYS/LS-DYNA对方案进行了三维数值模拟,获得了不同时刻射流的成型图片。结果分析表明:端面效应使得装药形成的射流质量和速度均有一定程度的下降;在装药长度不同的条件下,端面效应对射流成型的影响也不同;当装药长度小于20 mm时,基本不能形成射流;当装药长度大于20 mm小于80 mm时,对于某一装药长度,形成的射流最大速度逐渐增大至某一固定水平,装药长度范围内可以形成比较稳定的射流。为了尽量降低端面效应对射流成型的不利影响,装药长度需要大于80 mm。研究成果可以为线型聚能装药射流成型的理论研究和装药结构的选择提供参考。

稳定因子法校正特低渗岩心相对渗透率曲线端面效应

随着岩心渗透率降低,毛管力作用增强,岩心驱替测试中的端面效应越加显著,增加了准确获取特低渗岩心相对渗透率曲线的难度。本文基于广泛的特低渗岩心相渗实验数据及端面效应校正基本理论,提出了校正端面效应的简便方法。研究发现当润湿相和非润湿相以固定比例进行驱替实验时,由端面效应引起的压力降与受端面效应影响的岩心区域长度之间存在线性关系,将两者的比值定义为稳定因子;进一步研究发现,稳态法测油水相对渗透率,润湿相与非润湿相比例相同时,岩心稳定因子不随注入流量变化而变化,由此构建了岩心压降与稳定因子的关系式。根据此关系式,只需两组岩心驱替实验便可处理得到不受端面效应影响的非润湿相相对渗透率的大小。通过3组室内实验对新方法进行了验证,结果表明,修正的相对渗透率值误差小于10^(-5)。本文方法大大降低了实验次数,节约了时间和成本,可以快速、准确地修正稳态法测得的特低渗岩心相对渗透率曲线。

高雷诺数下有限长圆柱绕流端面效应的研究

本文建立有限长圆柱模型,采用大涡模拟的计算方法,通过滤波函数过滤小尺度漩涡,采取涡粘性亚格子Smagorinsky模型封闭方程,对高雷诺数下有限长圆柱绕流进行研究.讨论了长径比为45~100时有限长圆柱绕流阻力系数的变化规律,分析了在端面效应影响下阻力特性以及速度场的分布规律,得到了描述端面效应影响范围的综合公式.结果表明,在高Re下圆柱阻力系数Cd随L/D的增加而增大,L/D越大时越早进入阻力系数危机区域;受到端面效应的影响,有限长圆柱绕流在速度场中沿轴向有明显差异产生,高流速区随雷诺数的增加而减小并向后偏移;圆柱上下端附近受到端面效应的影响,阻力系数与平均阻力系数的差值在12.1%至26.3%,以端面效应率Δh表征其影响范围,Δh随着雷诺数增大而减小.

分离式霍普金森压杆试验中金属材料端面摩擦效应误差分析

采用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验结合有限元模拟方法计算重构38CrMoAl高强度钢的应力-应变曲线,研究了端面摩擦因数(0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5)、子弹入射速度(20,30,40 m·s^(-1))、试样长径比(0.25,0.50,1.00)和试样形状(圆柱体,立方体)对端面摩擦效应引入的峰值应力、峰值应变测试误差的影响。结果表明:测试误差随端面摩擦因数的增大而增大,随长径比的增加而减小;截面面积相同的圆柱体和立方体试样的测试误差差值小于2%;端面摩擦因数较大时,控制子弹入射速度不能有效减小误差;将端面摩擦因数降到0.1以下,或是选用长径比1.00以上的试样,可以有效减小端面摩擦效应误差;试样中部和端面边缘处发生应力集中,随着试样长径比增大,应力集中部位占试样总长度比例减小,端面摩擦效应影响减小。

球形光纤端面效应及其应用

本文介绍了球形光纤端面的制作方法，采用射线理论和等效透镜法分析了圆球形端面多模光纤的端面效应，并给出了两个不同端面多模光纤之间耦合的实验结果。结果表明：圆球形端面光纤具有聚光特性，与平端面相比，使用圆球形端面光纤不仅可以提高光器件之间的耦合效率，而且增大了它们之间的耦合距离，利于光路调试；可广泛应用于光源与光纤、光纤与光纤、光纤与探测器之间的耦合。

SHPB实验中端面摩擦效应研究

选取硅橡胶、聚氨酯泡沫、Comp.B炸药、PBX-HMX(97%)炸药以及6061-T6铝合金五种材料试样,对分离式霍普金森压杆(SHPB)实验技术中的端面摩擦效应进行了研究。实验结果表明,SHPB实验技术中的端面摩擦效应与材料的性质相关。另外,基于各向同性弹性理论,运用能量守恒法对SHPB实验中的端面摩擦效应进行了机理分析,研究表明,材料泊松比、端面摩擦系数、试样长径比、轴向应变是SHPB实验中影响端面摩擦效应的四个因素。

塑料SHPB实验中的端面摩擦效应

基于H.Meng的动摩擦实验结果,建立了一个端面动摩擦模型,以描述端面动摩擦因数随SHPB塑料试样与钢压杆接触界面间最大径向相对滑动速度的关系。在SHPB实验的数值模拟中,分别考虑了该端面动摩擦模型和以往被广泛采用的常摩擦因数模型,结果发现,选取不同的端面摩擦模型不影响通过塑料SHPB实验的数值模拟获得的转折应变率(量级为102 s-1),然而当应变率超出转折应变率以上时,不同的端面摩擦模型会对塑料SHPB实验的数值模拟结果产生显著影响,使用提出的端面动摩擦模型可得到更准确的塑料SHPB实验的数值模拟结果。

磁化套筒惯性聚变中端面损失效应的一维唯象模型与影响分析

得益于激光预加热和轴向磁场的作用,磁化套筒惯性聚变(magnetized liner inertial fusion,MagLIF)构型理论上能有效降低聚变实现的难度,具有极大的应用潜力.本文选择MagLIF过程中伴随激光预加热所必然存在端面损失效应作为研究目标,搭建了能够描述几何参数与腊肠不稳定性等高维效应的一维唯象物理模型,并分别通过与二维流体动力学程序和国外同类程序的计算对比完成参数拟合校验;在此基础上,获得端面损失效应对MagLIF内爆过程及预加热效果的影响规律.计算结果表明:不同喷射半径下MagLIF负载在内爆过程的绝大多数时间内保持了相近的流体动力学演化过程,并在迟滞阶段经历了相同的质量损失比例,且考虑端面效应后得到的预加热和内爆产额相对变差,但却不改变规律性的趋势.所建立的模型与结论有助于加深对MagLIF预加热和端面损失过程中物理图像的认知和理解.

岩石试件端面摩擦效应及参数敏感性研究

试件端面摩擦效应直接影响试件内的塑性等效应变、剪切带的分布.运用ANSYS中的接触单元模拟了平面应变状态下端面摩擦效应对塑性等效应变、剪切带的影响,得到了不同摩擦系数时塑性等效应变及剪切带的渐进变化形式.当接触面摩擦较小时,塑性等效应变图案为上下两个X形网络;当接触面摩擦增大时,塑性等效应变网络向中部靠拢并且明显增多;当试件端面侧向位移被限制,即摩擦力很大时,塑性等效应变网络变为一个X形局部化带.剪切带图案与塑性等效应变图案相似,变化过程一致.还进行了接触刚度和剪胀角的敏感性分析.

端面摩擦效应对两种含能材料破坏特征的影响

针对Comp．B、PBX-HMX（97％）两种含能材料试样进行了SHPB端面摩擦效应实验。得到了两种材料在不同端面条件下的应力应变曲线．结果表明：端面摩擦效应对实验结果影响很大．通过对回收试样的观察，发现两种材料在不同端面条件下呈现出不同的破坏特征,并对其原因进行了简单分析。

光纤端面耦合特性研究

本文主要从光纤的各种端面效应出发,分析了不同形状端面光纤之间的耦合特性,并给出了相应的实验结果.

分离式霍普金森压杆试验中工程材料端面摩擦模型的确定

分离式霍普金森压杆(SHPB)是一种最常用于工程材料高应变率下动态压缩力学性能的技术。在SHPB试样与压杆的接触界面间不可避免地存在端面摩擦效应,这将导致SHPB试样内的应力状态可能偏离一维应力状态,而SHPB试样内的一维应力状态是决定SHPB试验结果准确性的基本假设之一。基于动摩擦试验结果,建立了端面动摩擦模型以描述端面动摩擦系数随SHPB试样与钢压杆接触界面间最大径向相对滑动速度的关系。结果发现该文提出的端面动摩擦模型可很好地拟合动摩擦试验结果。

一种确定岩石类材料真实应变率效应的数值方法

研究表明,分离式霍普金森压杆(SHPB)试验获得的岩石类材料动态压缩强度随着应变率的增加而提高实际上是由材料本身的应变率效应(称为真实应变率效应)、横向惯性效应和端面摩擦效应共同作用的结果,且这3种效应互相耦合。为了确定岩石类材料在SHPB试验中的真实应变率效应,需要消除横向惯性效应和端面摩擦效应作用引起的动态压缩强度增量。采用数值模拟的方法分析岩石类材料的SHPB试验,并假定材料的真实应变率效应、横向惯性效应和端面摩擦效应三者不相关。当不考虑材料的真实应变率效应和端面摩擦效应时,由数值SHPB试验获得的动态压缩强度随应变率的提高而增大便是仅由岩石试样的横向惯性效应引起的;同样的,当不考虑材料的真实应变率效应和横向惯性效应时,由数值SHPB试验获得的动态压缩强度增加便是仅由岩石试样的端面摩擦效应引起的。在此基础上,从SHPB试验中得到的动态压缩强度数据减去分别由横向惯性效应和端面摩擦效应引起的动态压缩强度增强量,即可获得岩石类材料在SHPB试验中的真实应变率效应。通过与已有研究结果比较验证了本文假设的有效性。

端面摩擦对高聚物粘接炸药(PBX)静态压缩强度的影响规律（英文）

为研究不同端面摩擦条件下的高聚物粘接炸药(PBX炸药的准静态压缩响应行为,选取一种典型的浇注PBX炸药作为研究对象,在二硫化钼润滑、干摩擦、油脂润滑三种端面摩擦条件下进行了静态压缩试验。利用电子万能材料试验机测定了载荷?位移曲线。基于各向同性弹性理论,运用能量守恒方法初步探讨了端面摩擦机理。结果表明,静态破坏应变与摩擦系数有很大关系;同一种摩擦条件下,具有粘弹特性、材料泊松比大、轴向应变大,小长径比的材料在静态压缩试验中有明显的端面摩擦效应。