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冲击作用下混凝土中应力波传播规律研究

作　者: 郭弦
导　师: 卢芳云；胡永乐
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 工程力学
关键词: 混凝土 应力波传播 冲击作用 数值模拟 衰减
分类号: TU528.01
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 74次
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内容摘要


研究冲击作用下混凝土中应力波传播规律,不仅是评价混凝土防护结构承载能力、防护效果以及防护工程设计的必要前提和理论基础,而且是武器侵彻方式、侵彻角等一系列性能设计的重要参考。通过混凝土中一维应力波传播实验,研究了混凝土中一维应力波在所采用的实验条件下的传播规律。研究表明,一维应力波在混凝土材料均匀弹性条件下保持匀速传播,随着传播距离的增加,应力波峰值无明显衰减;讨论了实验中存在的问题,提出可以通过缩短子弹长度、布点位置前移和加长试件的方式改进实验,以避免自由端面反射拉伸波对实验结果的影响。混凝土三轴实验和拉伸实验表明,混凝土破坏强度具有较强的围压增强效应,破坏强度、抗拉强度、拉伸弹性模量表现出明显的应变率增强效应,并且应变率效应在应变率量级发生变化时更加明显。利用不同应变率下的单轴压缩实验数据,去除压力效应的影响确定JH模型应变率参数;结合三轴实验结果和Mohr-Coulomb准则参数求得JH模型中的标准化粘聚力强度、标准化压力硬化系数和压力硬化指数。采用文中确定的JH模型参数对混凝土中一维应力波传播实验进行数值模拟,通过与实验数据对比验证了模拟结果的可靠性,分析了试件应力均匀性,认为距离撞击端面10cm以远的截面应力是均匀的。结合数值模拟结果对混凝土中一维应力波传播特性的进一步分析表明:较强应力波在混凝土中传播时其峰值会迅速衰减,待其衰减至混凝土的抗压强度后,保持抗压强度值继续传播,峰值不再衰减;峰值低于混凝土抗压强度的应力波在传播过程中不发生衰减。通过对混凝土结构内部爆炸应力波传播的数值模拟,分别研究了混凝土应力波的柱对称传播和球对称传播规律,认为在所选用的混凝土中,由于材料耗散和几何衰减的共同作用,应力波峰值随着传播距离的增加不断衰减;应力脉冲在传播过程中不断展宽,上升沿逐渐变缓,由最初的强间断,逐渐演变成为较为平坦的应力脉冲。

全文目录


表目录  6-7
图目录  7-9
摘要  9-10
ABSTRACT  10-12
第一章 绪论  12-20
  1.1 引言  12-13
  1.2 一维应力实验技术  13-15
  1.3 混凝土本构理论  15-17
    1.3.1 混凝土本构理论研究现状  15-16
    1.3.2 JH 模型研究现状  16-17
  1.4 混凝土数值模拟现状  17-18
    1.4.1 SHPB 实验数值模拟  17-18
    1.4.2 混凝土爆炸实验数值模拟  18
  1.5 本文的研究思路和主要内容  18-20
第二章 混凝土中一维应力波传播实验  20-28
  2.1 实验原理  20-21
  2.2 实验装置  21-22
  2.3 实验结果及分析  22-27
    2.3.1 应力波传播过程中速度的变化  22-23
    2.3.2 应力波传播过程中脉冲宽度的变化  23-24
    2.3.3 应力波传播过程中应力波峰值的变化  24-26
    2.3.4 实验改进  26-27
  2.4 本章小结  27-28
第三章 JH 模型及其参数确定方法  28-35
  3.1 JH 模型简介  29-32
    3.1.1 JH 模型  29-31
    3.1.2 JH 模型参数  31-32
  3.2 JH 模型参数确定方法  32-34
    3.2.1 强度模型参数  32-33
    3.2.2 损伤模型参数  33
    3.2.3 状态方程参数  33-34
  3.3 本章小结  34-35
第四章 混凝土力学性能实验及JH 模型参数确定.  35-43
  4.1 三轴实验  35-36
    4.1.1 实验概况  35-36
    4.1.2 实验结果分析  36
  4.2 拉伸实验  36-38
    4.2.1 实验概况  36-37
    4.2.2 实验结果分析  37-38
  4.3 JH 模型强度模型参数确定  38-41
    4.3.1 应变率系数  38-39
    4.3.2 标准化粘聚力强度  39-41
  4.4 JH 模型其它参数确定  41-42
  4.5 本章小结  42-43
第五章 混凝土中应力波传播的数值模拟  43-62
  5.1 混凝土中应力波传播规律的理论分析  43-45
  5.2 混凝土一维应力波传播实验数值模拟  45-54
    5.2.1 试件应力均匀性分析  45-47
    5.2.2 计算结果可靠性分析  47-48
    5.2.3 混凝土中一维应力波峰值传播特性分析  48-53
    5.2.4 数值模拟中存在的问题  53-54
  5.3 混凝土内部爆炸应力波传播的数值模拟  54-61
    5.3.1 柱对称传播的数值模拟  54-57
    5.3.2 球对称传播的数值模拟  57-60
    5.3.3 小结  60-61
  5.4 本章小结  61-62
结束语  62-64
致谢  64-65
参考文献  65-69
作者在学期间取得的学术成果  69

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑材料 > 非金属材料 > 混凝土及混凝土制品 > 一般性问题 > 基础理论
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