冲击荷载下土的力学性能研究

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冲击是一种复杂的动态响应过程,具有特殊的动力学特性,对冲击现象进行分析和研究具有重要的理论和工程意义。将冲击动力学和有限元分析方法相结合进行数值模拟是解决复杂结构冲击动力学问题的有效方法。数值模拟过程中,有限元模拟的精度和可信度至关重要,而有限元模型的准确性又是影响模拟精度的关键。在冲击动力学模拟过程中,很难通过理论分析直接建立高精度的模拟模型,需要对比实验结果,不断修正相关参数,逐步形成合理的分析模型。本文针对冲击荷载下土的力学性能问题,从试验、理论及模拟三方面进行了研究。 本文主要研究内容包括:土体冲击特性的试验研究、理论研究和数值模拟。试验研究主要通过分离式Hopkinson压杆用黄土做了冲击载荷下的动态压缩试验,获得了三种应变率下的3组动态试验结果,并结合静态试验结果,初步探讨了土体的动态力学性能。根据大量的试验,确定地基土的物理力学特性,并为后面的数值模拟提供合理的力学参数:通过理论研究,采用Drucker-Prage帽盖模型应用于冲击的土体本构模型,该模型能较全面的反应土的应力-应变关系,可用于处理和预测土体复杂的应力状态,且为数值模拟提供理论依据:数值模拟是对理论研究和试验研究的验证,主要应用有限元ANSYS软件采用瞬态动力学分析对土体的冲击过程进行数值模拟,得到冲击过程中地基土体位移、应力以及弹塑性区相应的变化情况,进一步研究了冲击荷载下土体的力学性能。本文所采用的试验研究和数值模拟相结合的方法,为冲击法的研究提供了一条新的途径,研究结果对其它地区黄土修筑工程及陆基武器座钣的设计具有重要的参考价值。
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