基于孪晶强化Johnson-Cook本构宏细观仿真模型的镁合金高速冲击变形机理

基于孪晶强化Johnson-Cook本构(J-C本构)构建有限元(Finite element method,FEM)耦合黏塑性自洽模型(Visco-plastic self-consistent model,VPSC)宏细观仿真模型,研究预孪晶AZ31镁合金高速冲击过程的力学响应、变形机制和织构演变。结果表明:基于孪晶强化的J-C本构构建的宏细观仿真模型更能准确地预测高速冲击过程中次要变形机制及织构组分;引入孪晶强化的J-C本构不会对主要变形机制产生影响,主要影响次要变形机制;在次要变形机制中,棱柱面滑移活性的变化影响基面滑移的汇聚效应与锥面〈c+a〉滑移的分离效应之间的竞争关系,导致织构的组分和极密度发生变化。该宏细观仿真模型的构建,为研究高速冲击过程中潜在的变形机理提供了参考。

应变率效应对混凝土力学性能影响的细观仿真分析

针对混凝土结构在使用过程中经常会遭遇动荷载作用且作为一种率敏感性材料的动态力学性能将直接影响结构的承载力问题,从细观层次出发,结合试验实测的混凝土各组分静动态应力—应变曲线,拟合了混凝土各组分不同应变率下的本构模型,采用自主开发的混凝土非线性有限元软件,对混凝土试件轴拉试验细观数值进行了仿真,探讨了混凝土抗拉强度、弹性模量随应变率的变化规律。结果表明,混凝土抗拉强度和弹性模量均随应变率的增加而增加,但弹性模量的率敏感性低于抗拉强度的率敏感性,且计算结果与试验结果相吻合。

水泥固化滨海风积砂力学特性试验及细观数值仿真

滨海风积砂因结构松散、自稳能力差、级配不良不易压实,被视为一种特殊土。水泥固化是常用的加固手段,而水泥剂量对风积砂力学性能的影响规律及细观作用机制目前尚不清楚。利用GDS土工三轴试验仪,对不同水泥剂量(0%,4%,6%)的水泥固化滨海风积砂进行不同有效围压(50,100,150 k Pa)下的CD试验。结合室内试验数据和水泥砂样显微照片,建立水泥固化滨海风积砂细观结构的颗粒流PFC2D模型,进行三轴试验的细观数值仿真分析。研究结果表明,水泥固化滨海风积砂应力–应变关系呈应变软化型,水泥剂量对滨海风积砂强度贡献明显,对体变影响相对较小。采用颗粒平行黏结方式的颗粒流数值仿真能有效反映水泥固化滨海风积砂的细观力学特性,水泥剂量对水泥固化滨海风积砂的黏结破坏数、配位数、位移场均有显著影响。

基于细观切削仿真的CFRP表面创成机理及切削损伤研究

为研究CFRP在加工过程中的加工表面创成机理,建立了基于三相组分材料的CFRP三维细观切削仿真模型。通过定义碳纤维、基体和界面相的各个本构模型,完成了CFRP复合材料的细观切削仿真和验证。通过对不同纤维方向的切削面创成机理分析发现,加工表面变化呈现明显的各向异性,0°纤维角体现在裸露纤维纵向铺成,45°时纤维断口形成规律性起伏的加工面,90°纤维表面由纤维横断口组成。此外,分析已加工面的损伤特点及切削参数对面下损伤深度的影响可知,135°纤维方向的面下损伤深度最大,提高切削速度可以减少面下损伤。

橡胶混凝土细观性能的数值分析

从细观角度出发,以骨料、橡胶颗粒、砂浆基质、骨料砂浆界面、橡胶砂浆界面及砂浆-砂浆界面六相成分组成的橡胶混凝土细观有限元模型为切入点,建立了基于黏结裂缝模型的混凝土细观模型,以单轴受拉为例,研究了掺量及粒径对橡胶混凝土细观性能的影响。结果表明:合理减小橡胶颗粒的粒径可以使橡胶更为均匀的分布在砂浆基质中,从而提高强度和变形能力,这种方法是一种有效改善橡胶混凝土力学性能的方式;采用黏结裂缝单元建立的细观模型可以很好解决小粒径的仿真问题。

基于细观模型的刃口半径对CFRP铣削过程影响

刀具刃口半径是影响碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)加工质量的重要因素。为了研究刃口半径对CFRP铣削过程中切削机理的影响规律,建立了二维细观仿真模型,通过试验验证了其准确性。使用该模型分析了不同刃口半径情况下切削力、材料去除过程、面下损伤的变化规律。结果表明,纤维方向角对切削力的影响要大于刃口半径,纤维方向角为45°时,切削力随着刃口半径变大而增大,其他纤维方向角下切削力随刃口半径变化波动较小。随着刃口半径增大,CFRP切削过程由主要是剪切失效转为主要是弯曲失效。刃口半径越小对应面下损伤深度越小,切削力越小,但是会导致刃口处应力过大,有崩刃危险。

玻璃钢夹砂管涵夹砂层细观断裂数值模拟

为了提高玻璃钢夹砂管中夹砂层的力学性能,增强其可设计性,借助有限元仿真软件构建代表性体积单元重现树脂夹砂层的细观结构特性,通过全域插设零厚度粘聚单元,实现复杂离散的多裂缝萌生和扩展。对夹砂层试样单轴拉伸断裂过程进行模拟,分析细观断裂损伤演化过程,探究各组分参数对夹砂层断裂力学行为的影响规律。结果表明:构建的细观粘聚断裂模型能较好地表征夹砂层复杂断裂过程,轴向拉伸变形时复合材料主裂缝的形成位置近似垂直于加载方向,伴随界面脱粘和基体内裂纹的萌生与扩展。裂纹扩展方向主要受细观颗粒分布的位置影响,提高颗粒体积分数能显著提高材料刚度;多颗粒粒径分布的增强效果优于单粒径分布,粒径越小,则增强增韧效果越好;粘聚单元的抗拉强度和断裂能的增大均能够提升模型整体抗拉强度,断裂能越大,则裂纹路径分支越少。

混凝土细观力学仿真分析的块体元-有限元耦合方法

假定混凝土是由砂浆和骨料组成的两相非均质材料,采用块体单元法模拟骨料,有限单元法模拟砂浆,基于虚功原理,建立了混凝土细观力学仿真分析的块体元-有限元耦合方法.假定混凝土骨料为刚体,砂浆为理想弹塑性材料,采用FORTRAN语言,编制了块体元-有限元耦合分析程序.运用该耦合分析程序,对耦合面刚度敏感性进行分析,得到了合适的耦合面刚度取值量级,在此基础上,采用Drucker-Prager准则,仅考虑砂浆单元的屈服,分别研究了二维和三维混凝土试件在荷载作用下的屈服、破坏过程,计算结果符合一般规律,验证了所提方法的有效性和正确性.块体元-有限元耦合分析方法兼具块体元法和有限元法的优点,前处理简单,单元数目少,计算量小,并且充分考虑了砂浆和骨料的材料力学特性差异,可以进行含有多面体骨料的三维混凝土模型的数值模拟,较精确方便地计算混凝土在荷载作用下的应力、应变,模拟混凝土的屈服、破坏过程.

高混凝土坝抗震安全评价的关键问题与研究进展

本文总结介绍了高混凝土坝抗震安全评价方面的最新研究成果,包括震源破裂-传播介质-坝址峡谷地震动的超大规模数值模拟、坝体-地基-库水系统的非线性动力损伤开裂分析、混凝土动力特性的试验与细观数值仿真、基于性能的高坝抗震安全风险评估等内容。最后总结了高坝抗震研究的发展方向,并提出了综合考虑社会、经济、环境与工程的抗震安全风险评价体系研究思路。