基于黏聚区模型的Z-pin增强复合材料T型接头分层损伤研究

复合材料T型接头Z-pin增强就是将直径非常细的金属或复合材料pin针植入筋条-蒙皮截面,通过Z-pin的桥接牵引提高接头力学性能。采用ABAQUS有限元软件分别建立了T型接头与Zpin增强T型接头的三维数值计算模型。基于黏聚区模型,采用新的简化后Z-pin桥接牵引关系模拟Z-pin增强作用过程。模拟了T型接头的拉伸失效模式,计算了其拉伸强度和总耗散能,对比分析了有无Z-pin增强2种接头的载荷-位移曲线和损伤耗散能-位移曲线。数值计算结果与文献中数据符合较好。结果表明:Z-pin增强T型接头的极限载荷与极限位移相比于无增强T型接头分别提高了66%和304%;2种接头的载荷-位移曲线斜率相同,初始损伤载荷一致;Z-pin增强T型接头在拉伸破坏过程中相比于无增强接头吸收能量多13.74倍。

型钢混凝土T形柱基于ABAQUS抗扭力学性能分析

因为异形柱经常承受偏心受压加受扭的复杂受力,所以理论计算比较复杂。本研究使用有限元分析软件ABAQUS对T形截面型钢混凝土柱的抗扭性能进行了数值模拟分析,并考虑混凝土塑性发展探讨不同轴压比与钢骨率对型钢混凝土T形截面柱延性与抗扭承载力的影响。利用已有的实验数据,建立构件的受压有限元模型,通过对比荷载-位移曲线验证有限元材料本构的有效性。建立三组模型分析不同轴压比与钢骨率对构件抗扭力学性能的影响,为今后型钢混凝土异形柱的应用提供参考。

混凝上倒T形盖梁疲劳过程模拟

引入一类双标量弹性疲劳损伤本构模型,对桥梁工程中常见的倒T形盖梁进行疲劳全过程分析。该模型采用受拉损伤内变量和受压损伤内变量来描述微观受拉和受压损伤机制对混凝土宏观力学性能劣化的影响,并根据有效应力空间的热力学原理确立了疲劳损伤的演化法则。通过将疲劳损伤本构模型与非线性有限元分析方法相结合,可以精细预测混凝土倒T形盖梁在疲劳荷载作用下的非线性行为,尤其是疲劳加载过程中裂缝的产生和扩展过程,为实际工程的疲劳分析和设计提供了依据。

底排药的高应变率动态响应实验和仿真

利用直径14.5 mm铝制霍普金森压杆(SHPB),对直径为10 mm的底排药柱试样进行应变率在103s-1量级的单轴压缩试验。实验结果表明底排药具有明显的应变率效应。利用朱王唐粘弹性本构关系,采用最小二乘法,依据实验数据拟合出朱王唐本构材料参数,并利用LS-DYNA软件的二次开发功能将拟合出的朱王唐粘弹性本构嵌入LS-DYNA软件中,进行SHPB的数值仿真模拟,与实验对比表明在应变小于0.03弹性范围内仿真模型能够很好地描述底排药高应变率力学特性。

PBX-1炸药的力学性能和本构关系

PBX的力学行为对其安全性有重要影响。为研究PBX-1的力学性能,以PBX-1为研究对象,进行准静态力学实验和SHPB(分离式霍普金森压杆)实验研究。结果表明,准静态压缩实验中,试样的裂纹出现在与加载方向大约成45°的最大剪应力方向。SHPB实验中,在应变率100~1 500 s^-1范围内,随着应变率的提高,PBX-1炸药的动态屈服强度、动态压缩强度和破坏应变不断提高。动态屈服强度逐渐从静态的2.77 MPa增加至16.1 MPa;压缩强度从7.46 MPa增加至16.1 MPa,破坏应变从6.23%增加到26.4%。同时,基于Z-W-T模型,建立了一种含损伤的动态黏弹性本构模型,在330~1 500 s^-1应变率范围内具有较高的精度,可以较好地描述PBX-1炸药在达到破坏前的动态力学行为。

PBX炸药损伤本构模型及其工程运用

为了对高聚物黏结炸药(PBX)在动态冲击载荷下可能产生的损伤进行研究,采用分离式霍普金森杆(SHPB)试验装置获得了PBX炸药材料在不同应变率条件下出现力学损伤的本构曲线,并基于含损伤变量的Z‑W‑T本构模型对本构曲线进行了分段拟合。然后基于拟合结果、有限元理论、弹塑性力学与ABAQUS/VUMAT语法编写了PBX炸药含损伤材料子程序,并对该子程序进行了有限元验证及有限元工程算例计算。结果表明:有限元验证得到的结果与试验结果吻合良好,相关度在0.95以上;破片侵彻算例计算得到的应力云图与损伤变量云图反映PBX炸药材料在冲击载荷下发生的变化及可能产生损伤的部位;并且损伤云图的演化过程反映了PBX炸药材料损伤演化与应变率效应的相关性。

高g值冲击下聚氨酯缓冲仿真研究

本文利用霍普金森压杆实验获得聚氨酯的应力应变数据,并采用数据对朱-王-唐(Z-W-T)本构模型中弹性模量、弹性常数以及松弛时间进行参数辨识,发现模型在真实应变0~0.1范围内能较好地表达聚氨酯材料的应力应变关系.同时,研究了聚氨酯缓冲材料的应力衰减特性,获得其应力衰减系数为-0.45.对弹丸整体装配结构进行膛内高过载仿真,并应用仿真结果验证了应力衰减方程,发现相对误差小于10%;双重缓冲防护可将电路板最大应力幅值衰减30%.仿真结果表明,电路板长度方向贴近弹尾部电路板底部0 cm~1.8 cm会受到较大的应力幅值,大于1.8 cm处受到的应力幅值较小,为高g值冲击防护提供了依据.

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。