检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：张恩光东南大学

学位级别：硕士

工程水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composites,ECC)具有超高的延性以及较高的抗压强度和抗拉强度,近年来被广泛运用于工程领域。本研究团队考虑深水夹层管道在铺设和服役过程中的所处环境和受力状态,选择ECC作为夹心层材料,... 详细信息

工程水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composites,ECC)具有超高的延性以及较高的抗压强度和抗拉强度,近年来被广泛运用于工程领域。本研究团队考虑深水夹层管道在铺设和服役过程中的所处环境和受力状态,选择ECC作为夹心层材料,结合GFRP(Glass Fiber Reinforced Polymer)管和钢管,提出了一种“GFRP管-ECC-钢管”的新型夹层管结构。夹心层ECC在夹层管铺设和服役的过程中处于多轴约束的应力状态,然而现有的有限元分析软件中缺乏能够准确模拟ECC在单轴拉伸和高约束应力状态下力学响应的本构模型。为探究ECC在多轴条件下的受力特性,实现新型夹层管在外压作用下的屈曲压溃机理分析,本文的主要工作内容和研究成果如下: 1.对ECC试件进行了双轴压缩试验研究。试验结果表明,不同应力加载路径对材料双轴抗压强度的影响程度不同,等应力比-变应力比复合加载方式对强度的提升幅度大于等应力比加载方式对强度的提升幅度。双轴压缩应力状态下,ECC的双轴抗压强度大于其单轴抗压强度,且随着应力比的增加,呈现出先增加后减小的趋势。从破坏模态上分析,由于内部纤维的桥接作用,试件在双轴压缩应力状态下呈现为剪切破坏特征。 2.对ECC试件进行了三轴压缩试验研究。试验结果表明,在常规三轴压缩应力状态下,轴向峰值强度和轴向峰值应变与围压呈正相关,随着围压的增加,轴向峰值强度和轴向峰值应变逐渐增大,但由于缺乏粗骨料作为骨架,其影响程度要小于普通混凝土。在真三轴压缩应力状态下,轴向峰值应变和轴向峰值应力随最小侧向约束应力比的增加而增大,第二主应力对其轴向峰值强度和轴向峰值应变具有很大的影响,当最小侧向约束应力比小于或等于0.4时,轴向峰值强度和轴向峰值应变的变化规律与双轴压缩试验类似,随着第二主应力的增加,呈现出先增加后减小的趋势;当最小侧向约束应力比大于0.4时,轴向峰值强度和轴向峰值应变随第二主应力的增加而增大。 3.基于试验结果,以混凝土的塑性损伤本构模型为理论框架,构建了能够准确描述ECC在高约束应力状态下力学响应的本构模型。对Este-Willam屈服准则的适用性进行了验证,考虑ECC的单轴拉伸受力特性对塑性强化准则的部分内容进行了修正,依据试验结果对模型参数进行了修正。通过FORTRAN语言对ABAQUS中的VUMAT子程序进行二次开发,实现了ECC的塑性损伤本构模型在有限元分析中的应用。通过单元检测法验证了本构模型与VUMAT子程序的可行性和有效性。 4.对新型夹层管构件进行了外压作用下的试验研究和数值模拟。试验结果表明,新型夹层管构件具有较高的抗外压极限承载力(43 MPa),抗剪连接件能够有效提升钢管和ECC夹心层之间界面的粘结性能。基于ECC的塑性损伤本构模型建立了新型夹层管在外压作用下的数值模型,并依据试验结果对模型的准确性进行了验证,证明了ECC塑性损伤本构模型应用于新型夹层管力学性能分析中的有效性。结合试验和数值模拟的结果,分析了新型夹层管构件在外压荷载作用下的屈曲压溃机理。

关键词： ECC 多轴应力状态塑性损伤本构模型 VUMAT 夹层管道外压试验

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基于有限元分析的塑性混凝土本构模型对比研究

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水利建设与管理 2024年第6期44卷 28-36页

作者：张宝增江志安唐贝中国水电基础局有限公司天津市地基与基础工程企业重点实验室天津301700 天津大学水利工程智能建设与运维全国重点实验室天津300350

塑性混凝土力学性能介于混凝土与土体之间,其本构模型选择尚无统一标准。本文采用有限元方法,结合实例工程,分别采用塑性损伤和硬化土两种本构模型对塑性混凝土进行模拟,系统对比分析两种本构模型的计算差异性。结果表明,两种本构模型... 详细信息

塑性混凝土力学性能介于混凝土与土体之间,其本构模型选择尚无统一标准。本文采用有限元方法,结合实例工程,分别采用塑性损伤和硬化土两种本构模型对塑性混凝土进行模拟,系统对比分析两种本构模型的计算差异性。结果表明,两种本构模型的计算结果规律基本一致,塑性损伤本构模型表达式简单,计算结果偏保守、安全,而硬化土体本构模型计算结果准确度更高,但模型参数测定较为复杂,后续可基于硬化土本构模型对塑性混凝土本构模型进行改进。

关键词：塑性混凝土塑性损伤本构模型硬化土本构模型变形协调性

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人工冻结砂卵石层隧道开挖围岩稳定性数值研究

人工冻结砂卵石层隧道开挖围岩稳定性数值研究

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作者：李茜茜北京建筑大学

学位级别：硕士

冻结地层围岩稳定性是隧道工程领域需重点关注的问题。隧道开挖对周围土体会产生一定影响,引起围岩变形与应力状态的改变,特别是在地质条件复杂、地层材料组成不均匀或存在水文地质问题的地区,这些问题可能会更加突出。近年来,针对不同... 详细信息

冻结地层围岩稳定性是隧道工程领域需重点关注的问题。隧道开挖对周围土体会产生一定影响,引起围岩变形与应力状态的改变,特别是在地质条件复杂、地层材料组成不均匀或存在水文地质问题的地区,这些问题可能会更加突出。近年来,针对不同地层的冻胀与融沉研究已趋于成熟,但关于冻结地层隧道开挖对围岩稳定性的研究相对薄弱。本文从宏观有限元思想出发,开展冻结砂卵石地层隧道开挖围岩稳定性研究,开展的工作与取得的主要研究成果如下: (1)建立人工冻结砂卵石层隧道开挖数值模型与分析方法开展不同卵石含量和不同冻结温度下的冻结砂卵石单轴压缩试验,得到试样的应力应变曲线和破坏模式,明确采用混凝土塑性损伤本构模型描述冻结砂卵石土的力学特性,来开展不同因素下的冻结砂卵石单轴压缩数值模拟,从应力应曲线和破坏模式两个方面验证了混凝土塑性损伤本构模型的适用性,标定出不同因素下的材料力学参数。在此基础上,结合矿山法施工工法,将数值模型划分为开挖区、超挖区、冻结壁和融土区,建立了冻结砂卵石地层隧道开挖数值模型与分析方法,通过对比围岩竖向应力理论值和计算值,验证了数值分析方法的适用性。 (2)冻结砂卵石地层与衬砌结构施工响应规律研究。基于建立的冻结砂卵石地层隧道开挖数值分析方法,开展不同条件下的冻结砂卵石地层隧道开挖数值模拟,研究了卵石含量、冻结壁厚度、冻结地层温度等因素对围岩稳定性的影响;明确了不同因素下的围岩变形特征与分布形态,分析了不同因素对围岩变形、开挖面断面变形模式以及围岩扰动区的影响规律;明确了不同因素下的衬砌应力分布特征,分析了不同因素对衬砌应力和衬砌损伤区域的影响规律。

关键词：冻结砂卵石地层隧道开挖围岩变形卵石含量塑性损伤本构模型

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考虑横缝接触耦合坝体材料非线性下的拱坝损伤开裂分析

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水力发电 2020年第3期46卷 66-72页

作者：张建伟刘鹏飞王涛焦延涛李兆恒赵建军华北水利水电大学水利学院河南郑州450046 水资源高效利用与保障工程河南省协同创新中心河南郑州450046 河南省水工结构安全工程技术研究中心河南郑州450046 广东省水利水电科学研究院广东广州510635

考虑拱坝横缝非线性接触在地震荷载下所呈现的张合特征,耦合坝体混凝土材料在地震动拉-压循环荷载作用下应力-应变呈现的非线性软化特征,综合研究了多因素影响下的高拱坝损伤开裂情况。研究结果表明:在施加超强地震荷载作用后,试验设计... 详细信息

考虑拱坝横缝非线性接触在地震荷载下所呈现的张合特征,耦合坝体混凝土材料在地震动拉-压循环荷载作用下应力-应变呈现的非线性软化特征,综合研究了多因素影响下的高拱坝损伤开裂情况。研究结果表明:在施加超强地震荷载作用后,试验设计条件下张合效应最为突出的是拱坝中缝;同时随着地震峰值加速度的增大,坝体损伤加剧并导致横缝的张合出现一定的残余开度;在0.6 g地震峰值加速度工况下,坝体出现贯穿裂缝且主要位于拱坝的中上部。

关键词：高拱坝横缝非线性接触混凝土塑性损伤本构模型横缝张合特性坝体结构损伤

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RPC材料的塑性损伤本构模型参数识别及有限元验证

RPC材料的塑性损伤本构模型参数识别及有限元验证

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作者：李昊煜北京交通大学

学位级别：硕士

RPC材料及其结构的失效破坏是以裂纹生成、扩展、及沿裂纹面的摩擦滑动为特征的。塑性损伤力学是求解这一类问题的有效方法。标量损伤与塑性耦合的模型可以反映RPC刚度软化的非弹性行为的主要特性。本文根据PRC材料的单轴及双轴力学试... 详细信息

RPC材料及其结构的失效破坏是以裂纹生成、扩展、及沿裂纹面的摩擦滑动为特征的。塑性损伤力学是求解这一类问题的有效方法。标量损伤与塑性耦合的模型可以反映RPC刚度软化的非弹性行为的主要特性。本文根据PRC材料的单轴及双轴力学试验数据,对RPC塑性损伤本构的模型参数和材料参数进行了参数识别。在商用有限元程序ABAQUS中,基于混凝土塑性损伤本构模型及识别出的参数,对RPC试件在单轴受拉、单轴受压及双轴受压下的力学性能进行数值模拟,并与试验数据进行对比,验证了所识别出的模型参数和材料参数的合理性。主要研究内容如下: 1.依据RPC混凝土的单轴受拉、单轴受压及双轴受压室内试验结果,并在一定范围内进行假定,识别出RPC混凝土的塑性损伤本构模型的模型参数; 2.通过对RPC损伤试验结果分析整理,提出RPC混凝土损伤因子与归一化非弹性应变存在一阶指数衰减关系; 3.通过假定损伤因子与应力比的关系,将已有损伤试验材料参数识别的结果推广到不同配合比的RPC材料中; 4.在ABAQUS中,基于混凝土塑性损伤本构模型及识别出的参数,对RPC混凝土单轴受拉试验、单轴受压试验及双轴受压试验进行数值模拟,验证了所识别出的模型参数及材料参数的合理性。

关键词：活性粉末混凝土塑性损伤本构模型参数识别有限元

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胶凝砂砾石坝结构设计研究与工程应用

胶凝砂砾石坝结构设计研究与工程应用

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作者：杨会臣中国水利水电科学研究院

学位级别：博士

胶凝砂砾石坝是近年发展的一种新坝型,符合“宜材适构”筑坝理念,具有安全性高、经济环保、施工快速等优点,有很好的应用前景。其特点是筑坝材料一般不对骨料进行筛分和清洗,胶材用量少,应力分布均匀、应力水平低,地基适应性强、抗震和... 详细信息

胶凝砂砾石坝是近年发展的一种新坝型,符合“宜材适构”筑坝理念,具有安全性高、经济环保、施工快速等优点,有很好的应用前景。其特点是筑坝材料一般不对骨料进行筛分和清洗,胶材用量少,应力分布均匀、应力水平低,地基适应性强、抗震和超载能力高等。本文针对胶凝砂砾石坝应用需求,对坝体受力与变形特点、地基适应性、超载与极限承载能力、抗震安全和耐久性等结构问题进行了研究,提出了坝体结构设计原则,相关成果纳入了《胶结颗粒料筑坝技术导则》并应用于山西守口堡工程设计。本文主要成果及创新点如下： (1)提出了胶凝砂砾石坝结构设计的应力和稳定控制标准。通过对比分析日本与土耳其类似工程导则或者设计标准,结合我国重力坝设计规范要求和胶凝砂砾石筑坝特点,提出了胶凝砂砾石坝结构设计的应力和稳定控制标准。 (2)提出了适于胶凝砂砾石坝设计的有限元等效应力分析方法和控制指标,分析了胶凝砂砾石坝受力特性。根据应力分布的非线性、非均匀性特点,研究改进了有限元等效应力方法,并用于胶凝砂砾石坝结构设计,提出了相应的的应力控制指标。有限元等效应力法在避免应力集中的同时,能够反映材料力学方法所不能反映的地基、孔洞等应力影响因素,便于分析孔洞等复杂结构设置。坝体应力综合分析表明,胶凝砂砾石坝除坝踵、坝趾等应力集中区外,坝体应力水平很低,建基面应力分布较混凝土重力坝均匀很多。坝踵、坝趾及坝面部分的较大的压应力和可能的拉应力可以由坝体上游防渗保护层与下游保护层承担,坝体应力有比较大的安全余度。由于较大的坝体断面,以及倾斜的上游面,胶凝砂砾石坝扬压力竖向力占比要小于混凝土重力坝。 (3)提出了胶凝砂砾石坝坝基要求。由于较大的坝体断面和上游面水重作用,胶凝砂砾石坝体稳定性较之混凝土重力坝有非常大的优越性,坝体地基适应能力明显提高。从坝体受力和稳定角度出发,坝体、地基适宜的弹性模量比可限定在0.5～2.0倍范围内。当地基、坝体弹性模量难以满足0.5～2.0倍关系时,对于较软地基,通过选用较大的坝体断面和较地基弹性模量较低的坝体弹性模量,可满足坝体的强度和稳定要求。 (4)提出了胶凝砂砾石坝坝面保护设计的原则。坝体受力、变形及耐久性分析结果表明,胶凝砂砾石坝变形量较小,分布较均匀,坝体上游面表层由坝顶至地基处最大变形相差较小,而且变形沿保护层长度方向分布均匀,对于防渗保护层的变形与受力非常有利,而且胶凝砂砾石材料具有一定的抗渗性能,不存在由于面板淘空导致的面板开裂等问题,提出可在上游设置防渗层,下游设置保护层。 (5)探讨了胶凝砂砾石坝超载分析模型和破坏模式,对比研究了该坝型的安全余度。胶凝砂砾石材料具有明显的弹塑性特性,弹塑性、弥散裂缝和塑性损伤本构模型在不同程度上均反映了材料的应力应变关系。DP弹塑性本构模型,可以模拟材料强度随围压增大而增强的特性,但是无法反应材料的受拉开裂和屈服软化时的卸载刚度的降低：弥散裂缝模型可以模拟材料的开裂,但是无法反应开裂后的残余变形,同时指向原点的弹性卸载,夸大了材料的损伤程度；塑性损伤本构模型能够弥补上述两者的不足,在分析结构加载-卸载等循环过程时,更加合理,但是会增加计算的复杂性。进行坝体极限承载能力分析时,塑性损伤本构模型较为合适,计算时应合理考虑基岩沿高程的不同及地基渗透压力的影响。提出对于极限承载能力分析,不应只考虑系统的失稳,还应综合考虑坝体的整体稳定性或系统自振频率特性等,并尝试采用点抗滑安全系数法进行量化评价。胶凝砂砾石坝具有非常高的超载安全度,在很大的荷载范围内,坝体材料均处于线弹性工作状态。综合分析表明100m级的胶凝砂砾石坝体-地基系统的极限承载能力在7.0倍左右。 (6)对胶凝砂砾石坝进行了抗震安全研究。胶凝砂砾石材料动态性能与混凝土相比,有一定差异。分析了影响材料动态性能的因素,对照混凝土动态性能,给出了胶凝砂砾石材料动态性能取值建议。建立了胶凝砂砾石坝地震动响应分析模型,指出分析中应合理考虑材料动态性能、库水动力作用及远域地基的辐射阻尼效应等。坝体地震动响应分析表明,在七度地震作用下,100m高的胶凝砂砾石坝整个地震过程中均处于弹性工作阶段,坝体基本全部处于受压状态。除坝踵坝趾很小区域外,其他区域应力水平均很低,与静力应力相比,坝体动应力非常小,胶凝砂砾石坝具有很好的抗震性能。 (7)对山西守口堡大坝工程进行了深入全面的结构分析。根据工程实际,研究了坝体地基适应能力、变形与受力特性、抗震安全、超载能力及耐久性等相关问题。基于研究成果,对坝体建基面选择、体型和材料强度确定、坝体构造等问题提出了设计建议,已为设计采纳。

关键词：胶凝砂砾石坝结构设计研究地基适应性塑性损伤本构模型极限承载能力地震动响应坝体保护守口堡工程

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官地碾压混凝土重力坝抗震措施研究

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水力发电 2010年第4期36卷 40-42页

作者：陈明阳范书立陈健云童伟大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室辽宁大连116024 中国水电顾问集团成都勘测设计研究院四川成都610072

采用塑性损伤本构模型对官地碾压混凝土重力坝进行了地震时程有限元计算,分析了地震中重力坝裂缝发展特性,研究并提出了抗震限裂措施。通过分析发现,坝体上部的损伤程度明显大于底部,为此,提出在RⅢ区置换高标号混凝土,并在此基础上进... 详细信息

采用塑性损伤本构模型对官地碾压混凝土重力坝进行了地震时程有限元计算,分析了地震中重力坝裂缝发展特性,研究并提出了抗震限裂措施。通过分析发现,坝体上部的损伤程度明显大于底部,为此,提出在RⅢ区置换高标号混凝土,并在此基础上进行配筋,有效减小了地震裂缝发生的可能性。

关键词：碾压混凝土重力坝塑性损伤本构模型裂缝材料分区配筋官地水电站

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