落锤冲击下钢筋对含缺口混凝土梁断裂机制的影响研究
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1.混凝土三维细观模型的建模方法与力学特性分析
- 关键词：
- 混凝土 三维细观模型 Voronoi图形 黏接界面层 静力特性 基金资助：国家自然科学基金（11390361,11390362,11702186）； 专辑：工程科技Ⅱ辑 基础科学 工程科技Ⅰ辑 专题：无机化工 建筑科学与工程 分类号：TU528 手机阅读
- 张煜航;陈青青;张杰;王志勇;李志强;王志华
- 0年
- 卷
- 期
- 期刊
根据混凝土材料的细观组成和结构特点,基于三维Voronoi图形提出了一种简单高效的混凝土细观模型生成方法,利用塑性损伤模型对该细观模型进行了单、多轴应力状态下的准静态分析以及SHPB动态有限元分析。结果表明,数值模拟得到的应力应变曲线和破坏模式与实验结果基本吻合,本文中提出的混凝土三维细观模型可较好地模拟混凝土的静、动态力学特性,为进一步从细观力学角度研究混凝土损伤演化规律和破坏机理提供了模型基础。
...2.基于三维细观模型的混凝土损伤力学行为研究
- 关键词：
- 混凝土;三维细观模型;损伤演化;粘接界面层（ITZ）;多轴应力状态;塑性损伤模型
- 张煜航
- 指导老师：太原理工大学 王志华
- 0年
- 学位论文
混凝土已广泛应用于民用、工业和军事防护等领域,特别是在重大工程建设中,发挥着重要的基础性作用。作为一种天然与人工的结合材料,各相材料具有的物理、力学特性差异以及随机的空间分布致使混凝土比其它单一材料具有更为复杂的力学性能。近年来,针对混凝土材料的细观力学行为研究已逐渐成为学者们研究的重点。本文从细观角度出发,通过建立混凝土三维细观模型,全面、系统地研究了混凝土及其细观组分的损伤力学行为,为进一步理解混凝土类非均质材料的破坏机制,建立宏细观之间的跨尺度联系提供参考。主要研究工作包括:以三维Voronoi图形为基础,提出了一种高效的混凝土细观模型生成方法。引入随机缩放因子,向内收缩得到随机凸多面体骨料,向外延拓产生界面层;统计骨料粒径大小和颗粒数,精确控制骨料数量和级配区间;同时去除图形固有的短边,尖角等几何缺陷,优化几何形状;数值模拟实际中的振捣过程,改善骨料间的相对位置,提高骨料体积含量。得到的有限元模型具有较好的计算稳定性,可用非线性隐式求解器求解。采用塑性损伤材料本构模型,对准静态单轴、双轴以及三轴载荷下混凝土的损伤演化行为和宏细观力学响应进行了系统的数值模拟研究。揭示了损伤形成、发展及失效的细观机理,得到复杂应力条件下的混凝土典型破坏模式以及强度变化规律。从应力-应变曲线和失效模式两方面充分验证了有限元模型的有效性。分析表明,损伤始于峰值应力之后,主要从粘接界面层（Interfacial transitional zone ITZ）处产生并扩展至砂浆,随后损伤相互联结形成贯穿裂纹,最终导致试样破坏,且最终破坏模式与载荷形式有关。单向拉应力作用（双轴压-拉、三轴压-压-拉）,损伤纵向发展,裂纹平行于压应力而垂直于拉应力方向;双向拉应力作用（双轴拉-拉、三轴压-拉-拉）,损伤斜向发展,产生斜裂纹,试样发生拉剪破坏;三向压应力作用,损伤交错发展,裂纹呈相互交叉的网格状分布。最后,结合经典Ottosen破坏准则,引入大数据处理方法,用多轴强度确定函数参数,一方面再次验证了数值模拟的正确性,另一方面,与由单轴和双轴实验结果确定的经典参数相比,提高了破坏准则的拟合精度,使之更加符合三轴结果。在确保骨料级配、粒径以及分布统一的前提下,建立不同骨料体积含量的细观模型。骨料体积含量增加,一方面由于ITZ含量增加降低了混凝土整体强度,但另一方面延缓和抑制损伤发展,增加受载区域,提高了抗劈拉能力。考虑细观组分影响,建立ITZ强度、骨料体积含量与混凝土整体强度之间的比例关系。建立随机材料属性细观模型,在保留混凝土模型非均质的前提下,考虑砂浆相材料属性的随机分布影响,探究材料属性分布与损伤分布结果之间的相互关系。将非线性粘弹性朱-王-唐（ZWT）本构方程推广到混凝土类材料,引入热激活损伤演化模型。基于三维细观模型,开展了低应变率下混凝土SHPB数值实验。基于数值结果给出方程参数的确定方法,继而得到计及损伤演化的混凝土率型本构方程,扩展了ZWT方程的适用性,为进一步研究高应变率下混凝土动态本构关系提供基础。
...3.基于GoogLeNet的混凝土细观模型应力-应变曲线预测
- 关键词：
- 混凝土;细观模型;GoogLeNet;卷积神经网络;应力-应变曲线
- 周杰;赵婷婷;陈青青;王志勇;王志华
- 《应用数学和力学》
- 2022年
- 卷
- 3期
- 期刊
非均质复合材料的宏观力学性能往往取决于细观组分的分布方式和力学性能,但是建立明确的关系表达式极其困难.为了应对这一挑战,以混凝土为研究对象,提出了一种基于深度学习的策略,能够高效、准确地通过细观模型图像信息获取应力-应变曲
...4.冲击荷载下钢筋混凝土缺口梁破坏模式的试验研究
- 关键词：
- 钢筋混凝土缺口梁;冲击速度;配筋率;破坏模式;承载力;能量耗散
- 宋敏;王志勇;张杰;高士武;王志华
- 《振动与冲击》
- 2022年
- 卷
- 13期
- 期刊
钢筋混凝土梁在使用过程中内部的微裂缝和缺陷逐渐衍生扩展导致混凝土发生开裂。冲击荷载下钢筋混凝土缺口梁的承载性能和能量耗散与无缺口梁明显不同。为了合理评估钢筋混凝土缺口梁的抗冲击性能,利用落锤冲击试验机对不同配筋率的钢
...5.用于锂离子电池负极的导电聚合物包覆开孔泡沫锑电极及其制备方法
- 发明人:
- 授权日:}
- 专利
6.一种石墨烯柱和碳纳米管纤维增强SiCN复合材料的制备方法
- 发明人:
- 授权日:}
- 专利
7.The influence from steel bar on concrete fracture behavior under different impact velocities
- 关键词：
- Fracture toughness;High speed cameras;Bending strength;Bars (metal);Bending tests;Crack propagation;Image correlation;Reinforced concrete;Velocity;Hammers ;Drops;Concrete beams and girders;Conventional steel;D. digital image correlation (DIC);Dynamic fracture toughness;Inhibitory effect;Lightly reinforced concrete beams;Lightly reinforced concretes;Mid-span deflection;Three-point bending test
- Song, Min;Wang, Zhiyong;Zhang, Jie;Ma, Gang;Wang, Zhihua
- 《Structural Concrete》
- 2021年
- 22卷
- 6期
- 期刊
Three-point bending tests on notched plain concrete beams and lightly reinforced concrete beams were carried out with a drop-hammer impact instrument. The shape of the specimen followed the RILEM recommendation, that is, 150 mm × 150 mm in cross section, 800 mm in length, and span was kept constant 600 mm. And only one conventional steel bar was placed in the lightly reinforced concrete beam. The high-speed camera and digital image correlation (DIC) technology were applied to catch the fracture process under dynamic loads. And the reaction force, mid-span deflection, crack velocity, the horizontal strain of concrete at the notch root, and the strain of steel bar midpoint were measured over three impact velocities (i.e., 9.89 × 102, 1.71 × 103, and 2.21 × 103 mm/s). The test results showed that the dynamic fracture energy for plain concrete and reinforced concrete increased with the increase of the impact velocity. When the impact velocity reached 2.21 × 103 mm/s, the steel bar reached yielding, which resulted in the influence from reinforcement on fracture energy weakened. Both of the dynamic fracture toughness for plain concrete and lightly reinforced concrete increased linearly as the growth of impact velocity. Furthermore, the crack extended with a decreasing speed for plain concrete and reinforced concrete. And the first-stage crack velocity in concrete was inhibited effectively by steel bar, but the inhibitory effect declined as the increase of impact velocities.© 2021 fib. International Federation for Structural Concrete...8.基于Voronoi图改进的混凝土三维细观模型生成方法
- 关键词：
- 建筑材料;混凝土;数值模拟;随机骨料模型;骨料级配;劈裂抗拉实验
- 刘璐瑶;陈青青;王志勇;王志华
- 《科技通报》
- 2021年
- 卷
- 09期
- 期刊
骨料是混凝土材料的重要承载组分,其体积分数、级配等参数对混凝土材料的承载能力及损伤演化影响显著。本文提出了一种可以控制骨料体积分数、级配、粒径尺寸的三维骨料模型建模方法,相比于传统的随机投放方法和"分割-填充"方法,具有运算简便的优势。该方法基于对Voronoi图形胞腔的缩放和偏移,可以快速、有效地生成满足不同骨料参数设计要求的三维细观混凝土模型。用该方法生成的混凝土细观模型进行劈裂抗拉数值模拟,通过分析骨料体积分数、级配对劈裂抗拉强度的影响和试件内的应力分布情况,进一步分析了骨料对混凝土材料力学性能的影响机理。依据该方法建立的混凝土细观模型,可用于各类力学响应实验的研究,并深入探究骨料参数对混凝土力学性能的影响。
...9.低速冲击下混凝土少筋梁断裂性能
- 关键词：
- 钢筋混凝土;少筋梁;落锤冲击;三点弯试验;起裂应变率;裂纹嘴张开位移
- 宋敏;张杰;陈青青;王志勇;王志华
- 《爆炸与冲击》
- 2021年
- 卷
- 6期
- 期刊
动态加载下,混凝土中钢筋的阻裂性能一直是冲击动力学研究领域的难点之一。利用落锤试验机对含缺口的混凝土少筋梁进行三点弯曲试验,分析了不同加载速率下梁的冲击力、跨中挠度、混凝土起裂应变率和钢筋应变。实验结果表明:在一定加载
...10.骨料对刚性弹正侵彻混凝土过程的影响机理
- 关键词：
- 混凝土;细观模型;骨料;侵彻阻力;弹体偏转
- 张杰;王志华;王志勇;树学峰
- 《中国科学：技术科学》
- 2021年
- 卷
- 3期
- 期刊
混凝土的细观侵彻破坏机理已成为工程防护领域的重要研究方向.本文以三维混凝土细观模型为基础,系统分析了刚性弹正侵彻混凝土过程中,骨料强度、粒径、体积分数等主要细观参量对弹体偏转及侵彻阻力的影响规律.明确了深侵彻过程中弹体偏
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