钢纤维混凝土构件抗爆性能的数值模拟研究

来源 :辽宁工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:davidrandy
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
混凝土结构已被广泛用于土木工程,道路和国防工程。然而,作为一种复合材料,混凝土在凝结固化的过程中会产生许多缺陷,如微裂纹和微腔等。在外力的作用下,这些微裂纹会生长、发展、连接和渗透,并引起宏观裂纹,最终导致结构的破坏。然而,随着社会的发展,各类建筑工程对各种建筑材料的性能的需求也日渐增高,混凝土的缺陷也逐渐显露出来,主要是抗拉强度低、变形量小、抗冲击能力差、易发生脆性破坏和功能单一等。钢纤维混凝土孕育而生。同时,钢纤维混凝土本身继承了混凝土多相介质的特性,还具有优异的机械性能、抗冲击性和抗断裂性。因此,该领域的研究受到国内外众多研究者的广泛关注。作为建筑结构最重要的承重构件,爆炸事故极易导致梁、板和柱等发生局部和整体破坏。因此,开展爆炸载荷作用下各种钢纤维混凝土结构的抗爆性研究,具有重要的工程价值和广泛的社会意义。鉴于此,本文主要开展了如下工作:首先,理论分析钢纤维混凝土结构的动态损伤破坏过程及其破坏规律,初步阐述了钢纤维混凝土的增强增韧机理,分析混凝土基体中钢纤维掺量等指标参数对钢纤维混凝土抗裂性的影响。其次,构建一种可用于研究爆炸冲击载荷作用下钢纤维混凝土损伤破坏的动态失效模型。再次,结合有关的钢纤维混凝土的增强增韧理论,基于所构建的钢纤维混凝土动态损伤模型,借助ABAQUS有限元平台自编UMAT材料子程序,完成钢纤维混凝土动态损伤本构模型程序的调试和调用,为典型钢纤维混凝土构件的抗爆性能研究奠定基础。最后,基于ABAQUS有限元平台,以典型钢纤维混凝土构件(如钢纤维钢筋混凝土板和钢管钢纤维混凝土柱)为研究对象,构建钢纤维钢筋混凝土构件的三维有限元模型。采用显式分析方法,并调用ABAQUS子程序,初步探讨钢纤维混凝土结构构件的动态损伤破坏特征,并初步揭示其损伤破坏规律。本研究主要取得的研究成果如下:(1)初步揭示了钢纤维混凝土结构的动态损伤破坏过程及其破坏规律、初步阐述了钢纤维混凝土的增强增韧机理,揭示混凝土基体中钢纤维掺量等指标参数对钢纤维混凝土抗裂性的影响。引入钢纤维凝固的增强参数,构建了含有损伤钢纤维混凝土本构关系。(2)基于ABAQUS平台开发钢纤维混凝土的UMAT材料子程序,为典型钢纤维混凝土构件(如钢纤维钢筋混凝土板和钢管钢纤维混凝土柱等)的抗爆性能和抗冲击性能研究奠定基础。(3)以钢纤维钢筋混凝土板为研究对象,构建钢纤维钢筋混凝土构件的三维有限元模型。利用UMAT材料子程序,研究钢纤维钢筋混凝土板的动态响应特征。研究发现,在爆炸荷载作用下,在钢管钢纤维混凝土板中的钢纤维掺量为1.5%时,钢纤维钢筋混凝土板的峰值位移得到了降低。(4)构建钢管钢纤维混凝土柱的三维有限元模型,利用UMAT材料子程序研究钢管钢纤维混凝土柱的抗爆性能。研究发现,在爆炸荷载作用下,在钢管钢纤维混凝土柱中的钢纤维掺量为1.5%时,钢管钢纤维混凝土柱的峰值位移得到有效降低。掺加一定量的钢纤维可以提高钢管混凝土延性,能利用钢管套箍效应克服混凝土的脆性,钢纤维混凝土对钢管起支撑作用易于有效减弱钢管发生局部屈曲变形的能力,更充分发挥各种材料的强度优势,从而提高钢管钢纤维混凝土柱的抗弯曲变形能力。(5)初步预测了钢纤维固化的后钢纤维混凝土材料的抗冲击性和防爆性能,为钢纤维混凝土在工程防护领域的应用奠定了理论基础,也为其它类型纤维混凝土动力学性能研究提供了一定的技术参考。
其他文献
我国已成为世界上最大的能源生产国、消费国,随着我国经济社会的快速发展,传统化石能源的缺乏和碳氧化物污染问题日益严峻。采用清洁能源的微电网,是实现“碳达峰、碳中和”的主要途径。微电网系统分为与大电网连接的并网运行模式和单独运行的独立运行模式。独立微电网是指其中含有多种分布式电源,并配置储能装置不间断为负荷供电,为了保证微电网稳定运行增加的柴油发电机组,以及各种电力电子设备而构成的可控的独立运行的微电
液压衬套可以在低频率、高振幅的情况下提供大动刚度和较大的阻尼滞后角,从而起到了减振、降噪的作用,提高汽车NVH特性,被广泛的应用在各种中高端汽车中。因此研究液压衬套静态特性和动态特性对汽车平顺性的影响是研究汽车平顺性的重要组成部分。应用在汽车上不同位置的液压衬套,对汽车性能的影响不同。不同的结构参数对液压衬套动刚度的影响也有所不同。根据常用研究液压衬套力学特性的模型和对液压衬套动刚度影响较大的结构
感应加热作为一种非接触式加热技术在工业热处理领域被广泛应用于透热、熔炼、淬火和光纤拉晶等场合,通过利用电磁耦合原理在被加热物料上感生涡流加热,可以完成绝大多数工业热处理的要求。随着工业领域对电源设备的高功率、数字化、高精度控制等方面的需求,对感应加热电源频率跟踪和功率调节等控制技术的研究具有重要现实意义。因此,本文针对数字化中频感应加热电源频率跟踪、功率调节等关键技术展开以下研究。首先,以感应加热
随着汽油发动机环保要求的不断提高和动力性能的不断提升,对发动机的密封性能提出了更高的要求,气缸垫的密封性能直接影响到汽车发动机的整体性能和可靠性。本文以4A95TD型汽油发动机为对象对其配套的气缸垫进行了优化设计,分析了不同结构气缸垫对发动机密封性能的影响规律,在此基础上研究了整机装配后螺栓预紧力对于密封性能的影响规律,确定了合理的预紧力数值。(1)采用正/逆向混合建模技术对汽车发动机缸体和缸盖进
为缓解能源危机与消除环境污染问题,综合开发与利用可再生能源的脚步加快,应用微电网消纳可再生能源倍受关注。然而微电网运行中存在着功率不均分、无功环流等现象,严重影响电压质量与系统稳定性,研究切实可行的控制手段是关键。因此本文针对光伏微电网的无功电压控制问题展开研究,具有一定的现实意义和应用价值。首先对微电网的三种运行方式和微源接口控制策略进行分析,构建逆变器数学模型,设计合理的滤波器参数。在对下垂特
目前,开发和利用新能源已经成为主流趋势,因为人类的发展导致能源紧缺,过度的开发同样导致环境受到影响。柔性直流输电技术被用来传输这些新能源,具有独立有功功率控制和无功功率控制的特点,而且没有换相失败的问题,因此柔性直流输电成为国内外学者研究的热点。而模块化多电平换流器(MMC)是这项输电技术的基础,利用MMC-HVDC传输新能源时,系统中存在着直流电压波动、功率不均分的问题,研究行之有效的控制手段是
随着石油资源的枯竭以及低碳环保可持续发展的需求,大规模发展电动汽车是必然趋势,为了满足电动汽车的快速发展,必须解决电动汽车快速稳定充电问题。因此大功率直流充电桩是发展方向,但是由于大功率直流充电桩启动冲击电流大、电源模块并联和IGBT模块并联电流均流以及电磁干扰等问题制约了其发展。因此,针对大功率直流充电桩相关控制问题展开研究,对新能源汽车的快速普及具有重要意义和实用价值。首先针对大功率直流充电桩
球形滚动机器人是移动机器人重要分支,作为一类外形轮廓呈球状的新型移动机器人,球形滚动机器人具有抗外界干扰能力强、滚动行走灵活、理想转弯半径为零、无失稳状态、驱动零部件和控制元件配置于球壳中等特点。近年来球形滚动机器人不仅由原有的构想变为现实,而且已经出现了具有多种内部构型的原型样机。球形滚动机器人具有较强的复杂物理环境适应能力,在众多领域得到实践应用,具有较高的应用价值。但现有摆式驱动球形滚动机器
近年来,低空、慢速、小型无人机快速发展并迅速占领国内市场,部分国内无人机企业现如今已成为世界无人机行业的领军者。无人机可灵活飞行在各种复杂地段并实时传回数据信息,相比于载人飞行器由于其相对较低的研发费用而得到世界各国研究人员的青睐,无人机无论是在军用领域还是在民用领域都展现出经济、高效和实用的价值。球形机器人地面运动方式以滚动为主可实现爬坡、跃障等功能,并且球形机器人在运动过程中无倾覆问题,运动过
随着移动通信技术的飞速发展和智能终端应用业务的扩展,人们对于基于位置的服务(Location Based Services,LBS)需求日益增加,在室内环境中提供精确的位置服务的要求越来越强烈。WiFi作为网络基础设施目前已在各种室内环境下广泛普及,WiFi定位具有定位精度高,抗干扰性强,定位成本低等优势,另外,智能手机终端普遍内嵌了惯性传感器元件,使得基于惯性传感器的行人航迹推算(Pedestr