钢纤维增强混凝土动态力学性能及HJC本构模型参数标定

探讨了不同体积掺量钢纤维和镀铜钢纤维对混凝土动态力学性能的影响,以及标定本构模型参数对钢纤维混凝土和镀铜钢纤维混凝土的适用性。在高强混凝土中掺加0.5%、1%、1.5%体积掺量的钢纤维制备7组试件,分别进行静态力学性能试验和分离式霍普金森压杆试验(SHPB),基于静态、动态力学结果修正Holmquist-JohnsonCook(HJC)本构模型参数,并利用有限元分析软件验证HJC模型参数的有效性。结果表明,在0.5%、1%、1.5%体积掺量下,混凝土动态峰值抗压强度随纤维掺量的增加而提高。标定的HJC模型对钢纤维混凝土的动态峰值抗压强度预测效果良好,模拟得到的应力-应变曲线与SHPB试验结果大致吻合。以侵蚀准则模拟得到动态冲击试验试件破坏过程,为钢纤维混凝土的抗冲击设计提供参考。

白云石大理岩HJC本构参数确定及应用

随着炸药管控的日益严格,对施工安全性和成本控制的需求也日益增加。数值模拟技术作为一种快速且经济有效的手段,具备在实验室与现场之间快速测试各种参数组合的能力。通过数值模拟可以提前获得试验结果,快速调整施工参数,从而降低工程成本。该研究的目的在于通过岩石力学试验明确施工现场白云石大理岩HJC本构参数,并运用现场岩石的真实参数进行数值模拟试验以提升工程安全性并降低成本。通过结合现场岩石力学试验获得的白云石大理岩HJC本构参数,最终得到的掏槽槽腔截面面积、宽度和高度与数值模拟结果的误差均在6%以内,验证通过的岩石力学试验得到的准确本构模型参数进行的数值模拟结果与现场施工结果高度相符。

超高性能混凝土HJC本构模型参数确定及应用

在超高性能混凝土的数值模拟中,合理地确定其本构模型参数是提高计算精度和设计可靠度的基础。基于超高性能混凝土单轴压缩试验、霍普金森压杆试验和已有的三轴围压试验等,确定了超高性能混凝土的HolmquistJohnson-Cook (HJC)本构模型参数。利用LS_DYNA软件模拟单向板爆炸试验,通过与试验中单向板的损伤程度和最大挠度进行对比,验证了已确定参数的有效性。为了进一步了解超高性能混凝土构件的抗爆机理,采用已确定的参数对单向板爆炸工况进行数值模拟,分析配筋和尺寸变化对爆炸结果的影响。结果表明,在爆炸过程中,提高纵筋配筋率可以减小单向板的跨中最大挠度,适当加密箍筋可以减小单向板侧面的斜裂缝长度。超高性能混凝土单向板具有明显的尺寸效应,其中厚度和长度变化对爆炸结果的影响最突出。

混凝土HJC本构模型参数的研究

运用非线性有限元动力分析软件LS-DYNA模拟了混凝土SHPB试验。将试验采集的入射波数据作为压杆的端面载荷,模拟条件尽量符合试验条件,确保模拟精度。将数值模拟与试验结果相结合,研究了混凝土HJC模型参数的确定方法,得到了C60混凝土的相关计算参数,模拟结果得到的应力-应变曲线与不同应变率下混凝土SHPB试验应力-应变曲线吻合较好。分析了HJC模型的本构特性,比较了与金属JC模型的差异与共性,讨论了HJC模型存在的问题。研究结果表明,未考虑混凝土弹性响应的应变率效应,横向效应的影响与采用的失效方式密切相关。

含瓦斯煤锤击破坏HJC本构模型及数值模拟

确定含瓦斯煤动态本构关系是认识煤岩动力灾害机理的基础。结合煤吸附瓦斯的"变形效应"特征和Mohr-Coulomb强度理论,理论分析并量化了吸附态和游离态瓦斯对煤体强度的弱化作用,提出的"静态损伤变量法"确定了含瓦斯煤HJC本构模型的主要参数并开展含瓦斯煤落锤冲击破环的数值模拟研究。研究表明:(1)相同的冲击速度下,含瓦斯煤样与普通煤样的破坏形式明显不同,前者破坏程度更严重。(2)相同瓦斯压力下,冲击速度越大,含瓦斯煤样整体破坏越严重,随着冲击速度的增加,破坏由拉压破坏向以压缩应力主导的破坏过渡,并呈现出中心膨胀性破坏的特征。(3)含瓦斯煤在冲击速度相同时,含的瓦斯压力越大,破坏程度亦越大。获得的含瓦斯煤的HJC主要参数能够较好模拟含瓦斯煤冲击破坏的动态过程。

侵彻效应混凝土靶HJC本构模型研究

为获取一组适用于130 mm穿甲弹侵彻混凝土靶的参数,并应用于大质量卵形弹头侵彻厚混凝土靶,通过对HJC模型参数分类和利用有限元软件ANSYS和LS-DYNA对穿甲弹侵彻进行数值模拟,研究影响加速度峰值大小的参数,取模型各个参数的10%对加速度峰值大小的影响进行比较,并对其排序,发现压碎压力影响最大达16.5%。通过弹体搭载采集存储测试系统,获取加速度信号进而转化为速度和位移。在调整仿真加速度峰值和脉宽一致的情况下,得到速度和位移与实际情况相符,侵彻混凝土实验和数值模拟相互验证,提高模型和测试的准确性。

基于HJC本构模型的石灰岩冲击破坏形态数值模拟方法研究

为探寻石灰岩冲击荷载作用下数值模型参数选取的合理性,基于Holmquist-Johnson-Cook(HJC)本构模型构建石灰岩冲击破坏数值分析方法,同时对桐梓隧道现场钻取的石灰岩开展静力学试验,获得了基本物理力学参数。首先通过三轴围压实验、Hopkinson压杆等实验,获得了岩样极限面参数、压力参数和率效应参数;然后在SHPB冲击作用下进行了LS-DYNA数值模拟和室内试验,将两者计算结果进行了对比,最后以动态峰值应力为目标函数,对石灰岩HJC本构模型的21个参数进行了敏感性分析。结果表明:数值计算与SHPB室内试验取得的应力-应变曲线及破坏形态吻合度较好,表明了石灰岩HJC本构模型参数取值的合理性;石灰岩强度对参数f_(c)、A、B、N较为敏感,其强度增大或减小的最大变化率均超过10%。

基于HJC本构模型的煤岩SHPB实验数值模拟

利用有限元软件LS-DYNA,采用岩石的Holmquist-Johnson-Cook(HJC)本构模型,对煤岩霍普金森压杆(SHPB)实验进行数值模拟,再现了煤岩在冲击实验过程中的应力波形、应力波的震荡现象及试件的损伤过程,通过对比发现模拟结果与实验实测结果具有较好的相似性,HJC本构模型可以合理地再现煤岩受冲击破坏的动态过程。研究发现:1)试件均在周边开始破坏,破坏形式以沿轴向方向的劈裂破坏为主;2)当冲击速度为3 m/s左右时,煤岩的破坏受压缩和拉伸共同作用;当冲击速度为9 m/s左右时,煤岩的破坏主要受冲击压缩的作用;3)煤岩的破坏与应力峰值并不同步,当动载较低时,试件的破坏滞后于应力峰值;而动载较高时,试件的破坏超前于应力峰值。

混凝土HJC动态本构模型的研究

文章运用显式非线性动力分析软件LS-DYNA,选用HJC动态本构模型对混凝土SHPB试验进行了一系列的数值模拟,对HJC动态本构模型的理论框架以及材料参数的力学特点进行了探讨和研究。研究表明,HJC动态损伤本构模型服从塑性形变理论,但静水压力的影响不能忽略。HJC模型反映了混凝土材料横向效应导致的非力学行为的增强效应,但其大小与材料的失效方式和失效应变数值相关,不能简单地将混凝土材料的应变率效应解释为完全的横向效应。

基于HJC损伤本构模型的灰岩隧道光面爆破数值模拟及工程验证

为解决六枝至安龙高速公路隧道爆破施工中光面爆破效果不良的问题,利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件开展了径向不耦合装药系数及周边眼间距的多工况计算;进而基于不同爆破参数条件下的围岩损伤特征分析,优化得到了合适的爆破参数:径向不耦合系数1.25,炮孔间距为55 cm。进一步开展了隧道周边眼整体模型的数值计算,获取了优化参数条件下的隧道爆破成型预测效果。将优化的爆破参数应用于现场爆破后发现,隧道轮廓线平整,形成的隧道开挖轮廓线与设计轮廓线基本吻合,应用效果良好。

预留核心土法隧道爆破围岩损伤与振动特性研究

目的 研究预留核心土法爆破开挖影响下的山岭隧道围岩损伤与振动特性,为爆破参数优化以及隧道加固设计提供理论参考。方法 依托新疆阿克特蒲2号左洞隧道工程,借助ANSYS/LSDYNA软件建立隧道爆破开挖数值模型,基于现场实际开挖轮廓和振速监测数据验证数值模型的合理性,进而分析围岩累积损伤特性、振速分布和振速衰减规律。结果 爆破结束后,隧道轮廓平整,预留核心土上部损伤严重;隧道拱顶y方向、拱肩z方向及拱脚x方向的振速最大;距离掌子面越近,采用萨道夫斯基经验公式预测的振速结果误差越大。结论 为保证结构稳定性,在下次爆破施工前可以通过减少掏槽孔、辅助孔的装药量或者调整其孔网参数来减小爆炸荷载,沿最大振速方向进行重点加固;采用萨道夫斯基经验公式预测距离掌子面10 m内的振速时,避免仅用z方向距离近似为爆心距大小,应同时考虑三个方向的距离。

静水压下白砂岩的动态力学性能研究

深部岩石在地下高地应力环境的动态力学性能对深部矿山工程的开展有重要影响,因此,其动态力学性能研究具有重要意义。本文以平顶山某煤矿下白砂岩为研究对象,利用三维霍普金森杆装置开展动态力学试验并采用HJC本构模型的白砂岩进行三维霍普金森杆有限元仿真,研究静水压对白砂岩动态力学性能、能量吸收和损伤的影响。结果表明:白砂岩的峰值应力随着静水压的增加而增加,峰值应变随着静水压的增加而降低;静水压可抑制裂纹的扩展,增强白砂岩的强度;HJC本构模型可以较好地模拟白砂岩的损伤失效。预期结果可为深部岩石动态力学性能的研究提供参考,并为深部岩石工程的实施提供理论基础。

花岗斑岩Holmquist-Johnson-Cook本构模型参数研究

对取自玉龙铜矿边坡的花岗斑岩进行相关物理和静力学实验,获得岩石的密度、弹性模量、泊松比、单轴抗压强度以及抗拉强度等参数。通过花岗斑岩SHPB实验得到试样的典型冲击动载应力-应变曲线。利用相关实验结果,借助显式动力有限元软件LS-DYNA,得到花岗斑岩的HJC（Holmquist-Johnson-Cook）本构模型参数,分析岩石动载强度对HJC模型参数的敏感性,总结出一套HJC模型参数的取值方法。岩石动载强度对HJC模型的A,B,N和fc参数最为敏感,该参数变化幅度在-30%~30%时,强度变化率大于11%。HJC模型参数的取值过程中,将岩石物理和力学实验数据与数值模拟进行结合,即可体现HJC模型基本理论,又可均衡实验和数值模拟的工作量,并能获得可靠的模型参数,为岩石动载数值模拟计算提供帮助。

基于砼SHPB试验数值分析的HJC模型参数研究

为了研究混凝土HJC本构模型的参数取值及其参数对混凝土动态性能的影响,本文基于HJC模型原始参数,运用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对混凝土SHPB试验进行了数值模拟,结果显示数值计算结果与试验结果存在一定的差异。据此根据模型中参数的物理意义确定出可能影响混凝土动态性能的关键参数,通过保持其他参数不变、改变关键参数的方法对混凝土SHPB试验进行数值分析,得到了各关键参数对混凝土动态性能的影响规律,并基于该分析结果对HJC模型的原始参数进行了修正。数值模拟结果表明,采用本文修正参数的计算结果与试验结果吻合良好,能较准确地反映混凝土的动态性能。

混凝土材料动态本构参数的分阶段计算反求技术

基于不同应变率下的分离式Hopkinson压杆实验,提出了一种混凝土材料动态本构参数的分阶段反求方法。该分阶段反求方法中,结合不同的实验模型对未知参数进行敏感性分析,并依据敏感程度对参数进行分类,每类参数对应于1组实验,再利用反求方法分阶段确定各类参数,在每一类参数反求时均将上一次反求结果作为已知条件。结果表明,该分阶段反求方法充分利用所有实验的测量响应信息,能快速获取混凝土本构中较难确定的关键参数,为参数的确定提供了一种有效的途径。

不同节理层对砂岩力学特性影响的数值模拟研究

砂岩是隧道工程中常见的岩体,富含节理面,节理面通常对岩体的力学特性影响较大,为保证隧道工程施工安全,需要了解层状砂岩的力学特性,为隧道建设提供理论支撑。该文为探明不同节理层对岩石力学特性进行数值模拟研究,以不同节理厚度、不同节理层数为研究变量,基于Holmquist-Johnson-Cook(HJC)本构模型,结合有限元数值模拟软件ANSYS/LS-DYNA,开展不同节理层对岩石力学特性的数值模拟研究,为类似层状砂岩的研究提供参考。

受侧向冲击的混凝土墩柱本构模型对比

采用ANSYS建模和LS-DYNA显式动力分析的方式,分别使用HJC、脆性损伤、盖帽和混凝土损伤等4种混凝土本构模型,对钢筋混凝土墩柱的侧向冲击过程进行仿真。从系统能量的角度验证数值计算的正确性;并将冲击过程中的冲击物块加速度和钢筋应变的历时值与试验值进行对比,进一步证实仿真计算的正确性。从各本构模型的计算结果、模拟所耗费的计算时间以及所需的参数数量等方面进行对比。

超高韧性水泥基复合材料动态压缩力学性能的数值模拟研究

该文基于HJC本构模型,采用分离式霍普金森杆(SHPB)压杆系统,对掺有聚乙烯醇(PVA)纤维的超高韧性水泥基复合材料(PVA-UHTCC)的动态压缩力学性能进行了数值模拟研究。首先,通过系统分析确定了21项HJC本构参数,并验证了模拟的正确性。基于此,通过分析5组应变率下材料的动态压缩应力-应变曲线讨论了峰值应力动态增强因子DIF的应变率效应,并通过LS-DYNA软件探讨了破坏过程、破坏形态与应变率的关系。模拟结果表明:随着应变率的增加,PVA-UHTCC材料的动态压缩应力-应变曲线呈现由应变硬化主导向着损伤软化主导的转变趋势;此外,PVA-UHTCC峰值应力动态增强因子DIF具有明显的应变率效应,其值随着应变率增加而增加,且在不同应变率区间呈现不同敏感性;通过量化DIF这种分区敏感性,提出了适用于PVA-UHTCC材料的DIF与应变率对数■分段函数式;同时,通过对比钢纤维增强水泥基材料(SFRCC)和普通混凝土材料,发现PVA-UHTCC材料的DIF应变率敏感性较低。最后,通过LS-DYNA软件模拟试件裂缝扩展和压碎破坏过程,更好地理解了PVA-UHTCC材料动态压缩破坏行为。

落石冲击对山区桥梁墩柱破坏的影响

为了研究落石冲击作用对山区桥梁墩柱破坏的影响规律,采用Holmquist-Johnson-Cook损伤本构模型构建了数值模型,并展开非线性显式动力分析,基于能量守恒原理检验了计算结果的数值稳定性。考虑了落石冲击高度、冲击速度、水平冲击角度和落石直径等影响因素,从体积损伤率和墩柱位移两个角度研究了各种因素对墩柱冲击破坏的影响。数值模拟结果和试验测试的加速度历程、破坏特征进行了对比,证明了数值模拟的合理性。研究结果表明,HJC本构模型能较好模拟钢筋混凝土墩柱在落石冲击作用下的破坏发展,在高能量冲击作用下,石块直径和冲击速度对墩柱破坏影响相对较大。

混凝土重力坝接触爆炸的响应及破坏特性分析

运用显式非线性动力分析程序LS-DYNA模拟正常蓄水位及空库条件下混凝土重力坝接触爆炸.考虑爆炸荷载作用下混凝土的高应变率的影响,采用HJC(HolmquistJohnson-Cook)本构模型模拟坝体混凝土的损伤破坏及塑性变形的破坏特性.首先构建炸药-空气-水-混凝土试块模型并对其进行了模型验证.然后构建炸药-空气-库水-坝体-地基之间的动态全耦合模型,并对正常蓄水位与空库条件下TNT炸药接触爆炸的大坝动态响应及破坏特征进行了分析.研究结果表明:运用该方法研究混凝土重力坝水下接触爆炸引起的结构动力响应问题,具有稳定的可靠性,弥补了试验研究的不足.正常蓄水位下,在上游布置炸点对坝体的动力响应及损伤程度影响更大,因此在研究大坝抗爆性能时,应重点关注正常蓄水位条件下大坝上游侧炸点水下接触爆炸时大坝的破坏特性.