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动载荷作用下混凝土剥落破裂的数值模拟

作　者: 尚世明
导　师: 朱万成
学　校: 东北大学
专　业: 采矿工程
关键词: 混凝土剥落破裂细观非均匀性动态载荷数值模拟
分类号: TU528
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 39次
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内容摘要

混凝土作为一种典型的人造工程材料,在国防建设和民用建筑中被广泛采用。在采矿工程中,混凝土的使用表现为喷射混凝土和混凝土衬砌等。在动态载荷作用时,载荷在短时间内发生剧烈的变化,与静载荷作用的情形相比,应力波传播及其诱发的破裂是必须要考虑的过程。动态剥落是由于压缩应力波在自由面反射成为拉伸应力波,并达到材料的动态抗拉强度后而引起的一种拉伸破裂。由于动态压缩应力波亦可以引起混凝土衬砌的剥落破裂。因此,剥落破裂的研究受到土木、水电、建筑以及矿业等专业人员的广泛重视。本文应用RFPA-Dynamics数值模拟软件,在考虑混凝土的细观非均匀性的基础上,研究了应力波在混凝土中的传播规律,模拟出混凝土在冲击载荷作用下的剥落破裂过程。主要内容如下：(1)在假定混凝土为三相复合材料的基础上,建立混凝土材料的二维细观材料模型；(2)通过开展不同波形下混凝土剥落过程的数值模拟,探讨混凝土非均匀性和应力波形对于剥落破裂的影响,揭示混凝土动态剥落强度应变率效应的机制。(3)模拟混凝土支护巷道在冲击载荷下的剥落破裂过程,探讨加载条件对破坏位置及破坏程度的影响,分析不同应力波波形对于巷道稳定性的影响。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第一章绪论  9-15
  1.1 动态载荷作用下混凝土断裂过程的研究意义  9-10
  1.2 研究现状  10-14
    1.2.1 实验研究及实验装置  10-12
    1.2.2 理论及数值模型  12-14
  1.3 本文的研究工作  14-15
第二章动态载荷作用下材料断裂过程的数值试验方法  15-23
  2.1 弹性动力学理论  15-18
    2.1.1 平衡方程  15-16
    2.1.2 运动方程  16-18
  2.2 动态过程有限元分析  18-20
  2.3 RFPA-DYNAMICS程序简介  20-23
第三章混凝土非均匀性的数值表征模型  23-27
  3.1 混凝土的基本特征——细观非均匀性  23-24
  3.2 混凝土的数值表征模型  24-27
第四章混凝土中的应力波传播规律及其破裂过程  27-50
  4.1 单骨料混凝土中的应力波传播及破裂过程  27-34
    4.1.1 单骨料混凝土数值模型  27-29
    4.1.2 结果分析  29-34
  4.2 混凝土杆试样剥落破裂  34-40
    4.2.1 混凝土杆状试样数值模型  34-35
    4.2.2 混凝土材料准静态载荷下强度  35-36
    4.2.3 动态载荷作用下非均匀混凝土试样的破裂  36-40
  4.3 混凝土梁的动态破裂  40-50
    4.3.1 混凝土梁的数值模型  40-42
    4.3.2 结果分析  42-50
第五章巷道混凝土支护结构动态剥落破坏  50-57
  5.1 数值模型  50-51
  5.2 结果分析  51-57
    5.2.1 不同峰值对混凝土加固巷道的影响  51-54
    5.2.2 应力波作用时间对混凝土加固巷道的影响  54-57
第六章结论  57-58
参考文献  58-62
致谢  62

动载荷作用下混凝土剥落破裂的数值模拟

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