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。

混凝土界面过渡区三维分形冲击模型HJC强度参数仿真

为了研究HJC等效应力本构关系中各参数在混凝土数值模拟中的敏感性,基于水泥水化分形特征,将混凝土界面过渡区看作球壳形薄体,以计算机时间为“随机种子”,运用FORTRAN语言编写球形骨料随机投放程序,通过建立30μm厚界面相的混凝土三维三相有限元模型,研究冲击体、承载体以及砂浆、界面相和骨料的交互动力响应。以10 m/s的冲击速度进行ANSYS/LS-DYNA动力学有限元仿真,得到混凝土随时间变化的破坏模式和应力时程曲线。结果表明:在冲击荷载作用下,混凝土三维三相细观模型裂纹从冲击面延展至承载面,界面相处先破坏,砂浆少量破坏,骨料基本无破坏;承载面平均压应力时程曲线呈“双峰”特征;HJC等效应力本构关系中各参数的敏感性排序:压力硬化系数>凝聚强度>压力硬化指数。

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。

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。

碾压混凝土HJC动态本构模型修正及数值验证

研究高应变率冲击爆炸荷载作用下水工碾压混凝土大坝结构的动力响应,离不开对筑坝材料动态力学特性和本构关系的深入认识。参考实际水工混凝土大坝筑坝材料的配合比和施工方式,制备碾压混凝土试样,分别开展了静态压缩试验和分离式霍普金森压杆(SHPB)试验,以探求碾压混凝土的动态力学特性。基于静、动态力学试验结果,对目前多用于描述混凝土类材料高应变率下力学行为的HJC模型的强度面、应变率增强效应和破坏准则进行了修正,并利用有限元计算手段,建立SHPB试验的数值模型,以验证修正HJC模型的有效性。结果表明:碾压混凝土在高应变率冲击荷载下的动态力学特性表现出明显的应变率效应,动态压缩强度随应变率增加而提高,且与试样尺寸有关。基于试验数据的改进HJC模型有效预测了碾压混凝土在高应变率冲击荷载作用下的动态力学行为,数值计算得到的重构应力--应变曲线基本与SHPB试验结果吻合,采用最大主应变失效准则模拟得到了与SHPB试验加载过程中接近的试样损伤破坏模式,研究成果可用于碾压混凝土结构的抗冲击爆炸设计中。

湘中HJC铀矿区黑色页岩土壤重金属污染地球化学分析

本文以湘中HJC铀矿区黑色页岩土壤为研究对象，对黑色页岩土壤重金属污染进行了地球化学分析。通过测制A、B、C、D等土壤剖面并系统取样，借助ICP-MS等分析技术，对土壤、成土母岩、玉米等进行了系统的主量元素、重金属和其他微量元素（稀土元素）分析。结果表明，矿区黑色页岩土壤具富Al2O3、Fe2O3，而贫CaO、Na2O的化学组成特征，其化学风化指数CIA值在79～84之间。土壤因继承成土母岩的元素富集特征而富集V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Mo、Cd、Sn、Sb、T1、Pb、Th、U等多种重金属，其中Mo、Cd、Sb、U的富集最强。土壤重金属综合富集指数（EI值）在3～9之间，各剖面EI值大小顺序是：D〉A〉B〉C，以D剖面土壤重金属综合富集最强。土壤重金属污染富集因子（F）评价结果显示：矿区土壤普遍存在Cd、Mo、Sn、Sb、U等重金属污染，其中Mo、Cd、Sb等的污染最强，达显著（3级，2〈F〈20）污染程度以上。重金属污染效应既表现为Sc、Cd、Sn、Sb、U、Tl、Pb等生物毒性重金属在玉米中的富集，又表现为Mo、Co、Ni、Cu、Zn等生物有用金属在玉米中的明显亏损。黑色页岩即为土壤重金属污染的污染源。土壤重金属污染与重金属在成土母岩和土壤中的富集程度（Ks、EI、F）、重金属的活动性（Change%）等多种因素有关。重金属污染主影响因子的Pearson相关系数分析显示：Cd对土壤构成持久性污染，Mo、Sn、Sb、U等的污染程度可随土壤风化的进行因淋失而趋于降低，而Zn、Mn、Ba、Co、Ni、Th等目前未达到污染水平的重金属则可因次生富集而在未来引发污染。

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。

用HJC本构模型模拟混凝土SHPB实验

运用Holmquist-Johnson-Cook(HJC)本构模型对混凝土的SHPB实验进行了数值模拟。解决了罚函数算法中罚因子合理数值的选取问题。利用模拟结果按SHPB两波法重构了试样的应力应变曲线。分析了混凝土材料的SHPB实验得到应力应变曲线的有效段范围和各段的力学规律。通过比较实际混凝土材料SHPB实验和数值模拟得到的应力应变曲线,发现两者体现的力学行为很相似,即HJC模型是描述该类材料的一种合理本构模型。模拟了试样不同平行度公差下的SHPB实验,发现在一定应变率范围内其影响程度远大于试样应力(应变)不均匀性。

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模型的钢筋混凝土侵彻仿真失效准则与参数

针对侵彻钢筋混凝土各种本构模型失效定义不够完善的问题,提出了基于HJC材料模型的钢筋混凝土侵彻仿真失效准则与参数的方法。该方法是基于HJC本构模型自带的失效准则定义,运用LSDYNA算法修正HJC材料模型中的失效控制参数FS,采用上述模型自带的失效准则与参数并联合其他三种辅助失效准则来弥补HJC材料模型在失效定义方面的不足。侵彻试验结果表明,该数值模拟方法产生的侵彻贯穿现象与试验结果基本相同,因此该数值模拟方法具有一定的工程价值。

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。

基于HJC模型的UHPC冲击压缩性能数值研究

为准确模拟UHPC在分离式霍普金森压杆(SHPB)作用下的动态力学行为,应用大型有限元程序LS-DYNA,结合UHPC的材料特性,校准了HJC模型中关键参数的取值,建立了基于SHPB试验的UHPC冲击压缩分析模型。在试验验证的基础上,优化了HJC模型中强度参数取值,探讨了强度参数A与参考应变率■之间的相关性,并建立了两者之间的表达式。结果表明:应用校准后的HJC模型计算得到的UHPC试件计算波形与实测波形基本吻合,计算波形能较好地反映反射波整形后上升阶段出现的近似水平加载平台;强度参数A的取值对UHPC动态损伤行为模拟影响较大,当参考应变率■一定时,计算波形和实测波形的吻合程度随强度参数A的增大表现出先提高后下降的趋势;强度参数A的合理取值随着参考应变率■的增大线性递增,基于回归分析建立的强度参数A与参考应变率■之间的表达式能较好地拟合数值分析结果并与试验大致吻合,可为UHPC材料应用HJC模型开展冲击压缩性能模拟提供参考。

基于HJC模型高温后大理岩SHPB实验数值模拟研究

为对高温后大理岩动态压缩实验结果进行验证并探索数值模拟方法,采用“参考-计算-试算-调整”的方法基于HJC本构模型对不同温度等级高温处理后大理岩材料模型参数进行确定,利用ANSYS/LS-DYNA数值模拟软件对高温处理后大理岩SHPB实验进行数值模拟,并将数值模拟结果与室内实验结果进行对比分析。结果表明,数值模拟结果与室内实验结果具有一致性;大理岩试件破坏呈现裂隙由边缘向中心发展的趋势,表现为先以劈裂拉伸破坏产生裂隙进而进一步完全破坏,这种现象在实验过程中往往因观察区间较短容易被忽视;HJC本构模型可以有效地表征大理岩试件各项物理力学性质;通过对部分模型参数修改可以有效地对不同等级高温处理后大理岩试件物理力学参数描述;温度的损伤效应对于大理岩试件动态冲击破坏形态的影响体现在破碎后细粒量,随着处理温度的升高,大理岩破碎后细粒也不断增多。

基于HJC模型的煤岩冲击损伤特性研究

为研究煤岩的动态破坏特征和动力损伤特性,首先对煤岩试样进行了SHPB冲击压缩试验,分析了煤岩动态破坏的具体特征,然后在ANSYS/LS-DYNA平台上基于HJC材料模型进行了煤岩SHPB数值试验,对比试验实测值与数值模拟值,通过反演的方式确定了煤岩HJC材料模型的主要参数;最后基于HJC模型,通过数值模拟试验研究了煤岩动态破坏特征和损伤演化过程。研究表明:煤岩的动态破坏为多裂纹破坏,随着冲击速度的增加,煤岩的破碎程度显著增加,并表现出明显的应变硬化特性;HJC模型可以较好地描述煤岩的动态力学特性,只需要少量试验数据就可以通过数值试验反演出HJC模型的关键参数,在工程上简单易行;根据模拟试验的结果发现,煤岩的动态损伤主要发生在应力-应变曲线的卸载段,且损伤主要集中在岩石内部,随着冲击速度的增加,动态损伤越发严重。

动荷载作用下混凝土HJC本构模型

数值模拟是混凝土动态破坏的有效途径之一。本文使用ANSYS软件的前处理器和LS-DYNA软件的后处理器,选用HJC动态本构模型对混凝土动荷载下的试验进行了模拟研究,对HJC模型的参数进行了分析,从而对HJC动态本构模型的理论框架和模型参数的力学特性有了一个清晰的认识。

基于HJC模型的车辆-桥墩碰撞响应分析

为探讨HJC模型在车辆-桥墩碰撞分析中的适用性和动力响应,应用大型有限元程序LS-DYNA,明确了HJC模型中关键参数的取值,建立了落锤冲击数值模型并与试验验证;在此基础上进一步构建了车辆-桥墩碰撞分析模型,校验了碰撞过程系统能量转换,探讨了车速、车重和撞击位置对钢筋混凝土桥墩撞击力与墩顶位移的影响。结果表明:HJC模型能较好的模拟落锤冲击作用下钢筋混凝土梁的动力响应;撞击力峰值和墩顶位移峰值随撞击速度和撞击质量的增加而增大,随撞击偏心距的增加而逐渐削弱;撞击速度的提升将加快峰值响应的出现,而撞击质量的增大将延缓峰值响应的出现,当车速超过100 km/h时,撞击力和墩顶位移时程曲线将出现两个显著的峰值,应考虑车厢的二次撞击响应。

基于HJC模型的盾构刀具切削混凝土数值模拟

为了揭示盾构刀具切削混凝土材料时的阻力大小及变化规律,研究Holmquist-Johnson-Cook动态本构模型(HJC模型)参数的确定方法,并据此对混凝土受切削破坏过程进行数值模拟.设计室内混凝土试块切削试验,根据试验结果对HJC模型参数进行修正,进一步计算分析切削速度与切削深度对切削阻力的影响.研究表明,基于HJC模型的数值计算结果可基本反映盾构刀具切削混凝土的阻力大小及变化规律;刀具在切入混凝土表面时,法向切削阻力的波动幅度较大,在切削接近试块自由面时会出现剩余材料整块脱落、切削力骤降为0的现象,该过程在数值模拟中相对平缓;在相同条件下,率效应参数主要影响法向切削阻力的波动幅度,损伤参数则同时影响法向切削阻力的平均值与波动幅度;法向切削阻力随切削速度呈指数形式增加,随切削深度呈线性增加;HJC模型可反映混凝土压碎破坏与材料应变率间的关系及法向切削阻力随深度的线性叠加效应.

基于HJC本构模型的沙漠砂混凝土动态力学性能数值模拟

HJC本构模型能够较好的描述混凝土材料在动荷裁作用下的力学性能，是研究沙漠砂混凝土动态力学性能的有效途径之一。本文使用HJC本构模型，建立沙漠砂混凝土动态冲击破坏的有限元模型，进行沙漠砂混凝土在5m／s，10m／s，15m／s冲击速度下的响应过程，进一步揭示沙漠砂混凝土动态力学性能。

对LS-DYNA中混凝土HJC模型的探讨

有限元动力分析软件LS-DYNA中的HJC混凝土模型(Holmquist-Johnson-Cook),充分考虑了混凝土的应变效应、材料损伤,以及静水压力对屈服应力的影响.所以,近些年来在模拟冲击荷载和侵彻等方面得到了广泛应用;但对其在爆炸荷载作用下结构动力分析的能力却研究不足.本文介绍了HJC混凝土材料模型的基本原理及建立模型模拟真实实验,并将软件计算结果与实验数据进行了对比.结果表明,HJC混凝土模型能很好地模拟钢筋混凝土构件在爆炸荷载作用下的动力响应.