检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：张开雨天津大学

学位级别：博士

随着我国能源的持续开发利用,工程建设难度逐渐增大,岩石力学的学科发展面临越来越多新挑战。由于岩石具有较强的非均质性,使得难以通过理论或实验手段研究岩石的力学特性及破坏机理。随着计算机硬件的进步和数值方法的发展,数值模拟逐... 详细信息

随着我国能源的持续开发利用,工程建设难度逐渐增大,岩石力学的学科发展面临越来越多新挑战。由于岩石具有较强的非均质性,使得难以通过理论或实验手段研究岩石的力学特性及破坏机理。随着计算机硬件的进步和数值方法的发展,数值模拟逐渐被广泛应用于岩石力学各个领域。非连续变形分析方法(DDA)作为一种隐式的离散元法,已被成功应用于各类岩石工程。然而针对实验室尺度的材料破坏问题,DDA缺少系统的参数敏感性分析,难以进行定量分析,且对岩石动态破坏的模拟较为初步。为此,本论文分别研究了颗粒DDA和Voronoi多边形离散的块体DDA建模方法,进一步完善了DDA方法,并分别对其进行了参数标定,实现了两种方法对岩石破坏的定量化模拟,在此基础上对岩石的动态破坏进行了数值分析。本论文主要研究内容如下:(1)提出了两种基于三角形网格的颗粒生成算法。该算法基于三角形网格逐单元、逐顶点进行颗粒填充,新插入的颗粒根据临近颗粒的接触拓扑关系建立方程组,并通过求解方程组得到颗粒的坐标及半径。该算法具有适用性强,效率高等特点,为后续颗粒DDA提供了前处理方法。(2)在颗粒DDA的基础上,提出了适用于模拟岩石破坏的颗粒粘结模型。该粘结模型包含两个平动弹簧和一个转动弹簧,能够抵挡颗粒间的相对转动。采用颗粒DDA模拟了多个静态和动态荷载下岩石的破坏问题,算例表明,该粘结模型能够得到合理的压拉比,较好地模拟岩石破坏。(3)建立了基于Voronoi多边形离散形式的DDA方法,并比较了不同离散形式(三角形、Voronoi多边形)和不同离散程度对结果的影响。结果表明过于规则的网格离散形式会导致不合理的破坏形式,一定程度的随机性是必要的,基于Voronoi多边形离散的DDA方法具有较高的计算效率,能得到真实的压拉比,适合岩石的破坏模拟。(4)分别针对颗粒DDA和块体DDA开展了系统的参数敏感性分析,在此基础上提出了各自的参数标定方法,并对比分析了颗粒DDA和块体DDA在模拟岩石破坏方面的特点。由于Voronoi多边形离散的DDA方法具有贴近岩石晶粒结构,标定便捷准确,网格依赖性及计算结果离散性小的特点,因此在后续的岩石动态破坏模拟中均采用这一方法。(5)基于Voronoi多边形离散的DDA方法系统地模拟了岩石的动态压缩试验、动态巴西劈裂试验以及脆性材料的裂纹动态扩展问题,模拟结果与实验规律基本一致。

关键词：非连续变形分析动态破坏颗粒DDA 粘结颗粒模型 Voronoi多边形离散参数敏感性分析

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砂石颗粒破碎过程的离散元模拟算法及破碎机理的研究

砂石颗粒破碎过程的离散元模拟算法及破碎机理的研究

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作者：夏辉煌华侨大学

学位级别：硕士

脆性材料在土木工程、建筑工程与轨道工程等领域应用广泛,但目前对其变形、断裂与破碎过程的理解尚存在不足。对脆性材料破碎的实验研究虽然是以往研究中最常采用的研究方法,但存在实验成本较高、关键数据的准确测量的难度较大等问题。... 详细信息

脆性材料在土木工程、建筑工程与轨道工程等领域应用广泛,但目前对其变形、断裂与破碎过程的理解尚存在不足。对脆性材料破碎的实验研究虽然是以往研究中最常采用的研究方法,但存在实验成本较高、关键数据的准确测量的难度较大等问题。数值模拟方法可以有效地降低实验研究的成本,并且可以精确地计算出模拟过程中的相关数据,且模拟过程的可视化程度较实验研究较好。鉴于此,本文提出基于离散元建模方法模拟常见脆性材料—砂石颗粒在挤压载荷下的破碎过程。本文中所有的离散元建模工作基于开源离散元建模平台YADE实现,主要研究内容与结论如下:1.提出在简单立方体堆积(SCP)模型的基础上分别填充半径逐渐减小的子颗粒群生成两种改进的立方体堆积模型BCP与TCP,基于Python语言与YADE平台开发并实现本文提出的填充算法。分别研究二维静态载荷与三维动态载荷作用下三种堆积模型(SCP、BCP、TCP)的力学行为。结果表明,BCP较SCP而言,抵抗静态与动态载荷的能力显著提高,但BCP较TCP而言,在静态、动态载荷作用下的力学特性并未见较大的差异。此外,提出基于斐波那契数列研究三种堆积模型的尺寸效应,结果表明三种堆积模型均表现出随着模型中子颗粒的半径按照斐波那契数列规律逐渐减小时,单轴拉伸载荷下发生断裂时的峰值强度均表现出先增大后收敛至稳定值的趋势。2.提出随机移除规则堆积模型中一定数量的子颗粒模拟真实砂石颗粒中存在的缺陷。使用三维离散元建模方法模拟挤压载荷作用下三种使用不同堆积模型(BCP、HCP、RDP)生成的规则形状的砂石颗粒的破碎过程;使用二维离散元建模方法研究规则形状砂石颗粒破碎过程的裂纹生成、扩展与断裂。三维与二维的研究均能模拟出砂石颗粒破碎过程的裂纹的生成与扩展、断裂与完全破碎阶段,模拟结果与以往学者和本文进行的实验研究吻合程度均较高。3.通过扫描技术获取真实砂石颗粒表面轮廓,研究砂石颗粒在挤压载荷施加前是否已经与压盘有稳定接触关系对其破碎的影响。研究表明砂石颗粒在加载前与压盘的接触不稳定时,一般造成在低加载速度(<50 mm/s)挤压时砂石颗粒与上、下压盘接触区域发生小范围的破碎,在高加载速度(50 mm/s–100 mm/s)加载时,仅仅发生与上压盘接触区域附近的破碎。但当加载前,砂石颗粒与压盘有三个以上不共线的接触点时,砂石颗粒一般发生较大范围的破碎而断裂成几个碎片,且此时砂石颗粒破碎过程中的力-位移曲线受加载速度的影响程度较小。

关键词：离散单元法粘结颗粒模型颗粒堆积模型挤压载荷破碎机理

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考虑粗骨料破碎的混凝土力学特性细观模拟

考虑粗骨料破碎的混凝土力学特性细观模拟

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作者：刘曼曼天津大学

学位级别：硕士

作为一种非均质多相复合材料,混凝土的细观结构影响着其宏观力学性能,尤其是粗骨料和砂浆之间的界面过渡区,被认为是混凝土中最为薄弱的区域,界面过渡区的性质在一定程度上决定了混凝土的力学特性。在进行混凝土破坏方式的细观模拟时,... 详细信息

作为一种非均质多相复合材料,混凝土的细观结构影响着其宏观力学性能,尤其是粗骨料和砂浆之间的界面过渡区,被认为是混凝土中最为薄弱的区域,界面过渡区的性质在一定程度上决定了混凝土的力学特性。在进行混凝土破坏方式的细观模拟时,通常认为是在外荷载的作用下,裂缝沿着界面过渡区延伸扩展的结果,不考虑粗骨料的破碎,即将粗骨料视为刚体。然而,受粗骨料的湿化、母岩性质及其形态影响,对混凝土试件进行单轴压缩试验时,发现有部分粗骨料发生破碎,且有主裂缝穿过粗骨料的现象。因此,考虑粗骨料的破碎对进一步探究混凝土的真实力学特性具有重要意义。本文基于离散元软件EDEM,建立粗骨料～砂浆的两相离散模型,利用粘结颗粒模型(Bonded-particle model,简称BPM)模拟粗骨料和砂浆之间的力学特性,使用应用程序接口文件(Application Programming Interface,简称API)对粗骨料进行替换,从细观层次探究粗骨料破碎对混凝土变形和破坏特性的影响。具体研究内容如下:(1)基于BPM模型,使用颗粒单元构建混凝土的单轴压缩离散元模型。编译API文件,用小颗粒团聚体替换粗骨料颗粒,从而达到模拟粗骨料破碎的效果。砂浆颗粒与砂浆颗粒、砂浆颗粒与粗骨料颗粒间均含有粘结键,通过模拟混凝土的单轴压缩试验对粘结键的参数进行标定。(2)选取母岩为石灰岩的单个粗骨料进行单轴压缩试验,标定小颗粒团聚体的细观参数。同时,研究发现了加载方向和形状特性对粗骨料破碎力和破碎方式的影响规律。(3)考虑粗骨料的破碎,利用EDEM软件模拟C30混凝土的单轴压缩试验,发现粗骨料破碎对混凝土的应力-应变曲线、抗压强度及最终破坏模式有着明显的影响。离散元数值模拟结果表明,粗骨料的破碎会改变混凝土试件的抗压强度和破坏模式,即主裂缝会穿过粗骨料进行延伸扩展。考虑粗骨料破碎的细观模拟有助于进一步探究混凝土的力学特性。

关键词：混凝土强度粗骨料破碎离散元粘结颗粒模型细观模拟

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碳纳米管对循环再生混凝土可回收性能的影响与数值模拟研究

碳纳米管对循环再生混凝土可回收性能的影响与数值模拟研究

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作者：吴恒常州大学

学位级别：硕士

再生混凝土可以减少天然材料的消耗,合理且有效地解决建筑垃圾问题,当前的研究多数都集中在针对改善一代再生骨料及再生混凝土性能,循环回收利用再生骨料并制备多代循环再生混凝土,更能充分体现再生混凝土的可持续潜力,但由于再生细骨... 详细信息

再生混凝土可以减少天然材料的消耗,合理且有效地解决建筑垃圾问题,当前的研究多数都集中在针对改善一代再生骨料及再生混凝土性能,循环回收利用再生骨料并制备多代循环再生混凝土,更能充分体现再生混凝土的可持续潜力,但由于再生细骨料物理性能的限制,使得制备多代循环混凝土具有挑战性。本文研究了多壁碳纳米管(MWCNTs)对再生骨料活性粉末混凝土(RPC)的多代可回收性能的影响,测试了含MWCNTs的多代再生细骨料(MWRFA)的物理性能和多代再生混凝土(MWRPC)的力学性能,并采用扫描电镜(SEM)分析其增强机理。同时创建三维随机骨料模型,导入离散元模拟软件EDEM中研究含MWCNTs的多代再生细骨料在混凝土中的分布和含量对混凝土破坏模式的影响。本文主要研究内容如下: (1)研究每一代循环RFA的外观形貌、颗粒级配、吸水率、压碎值和表观密度,结果表明:MWCNTs对多代RFA的性能具有显著的改善作用,MWRFA的吸水率降低5.56%～16.39%,表观密度提高1.04%～2.03%,压碎值降低38.21%～49.45%,在循环后期作用更为明显。不含MWCNTs的RFA性能随循环次数先增加再逐渐降低,而MWRFA的性能随循环次数先增加后逐渐降低且趋于稳定。 (2)使用三类不同来源的RFA制备多代循环RPC并测试其力学性能,结果表明:MWRFA制备的MWRPC抗压强度提高11.11%～18.96%,劈裂抗拉强度提高15.68%～43.94%,抗折强度提高13.62%～22.23%。通过利用上一代MWRFA中残留的MWCNTs制造新混凝土并重新引入活性粉末来实现多代循环,提高废弃混凝土的循环利用率。 (3)采用SEM对多代循环RFA和RPC试件进行微观测试,观察试件内部孔隙和裂缝的结构变化,结果表明:活性粉末能够填充试件中的原始孔隙和裂缝,改善强度,但随着循环次数增加,活性粉末增强效果丧失。MWCNTs在试件的界面过渡区和基体中生成了更多的水化产物,多代循环后残余的MWCNTs仍然能够对裂缝起到桥接约束作用,使MWRFA保持较高的抗载荷性能。活性粉末与MWCNTs协同作用,可以减缓MWRPC多代循环后的强度损失。 (4)采用EDEM模拟各代MWRPC的抗压破坏模式,模拟结果显示:当含MWCNTs的RFA颗粒在混凝土中分布均匀时,颗粒附近裂缝生成较少,当颗粒在混凝土中的含量因循环减少时,混凝土的裂缝数量逐渐增加。若颗粒分布不均匀,即使在高含量的情况下,裂缝往往会在不含MWCNTs的RFA颗粒的区域大量生成,混凝土更易碎裂。

关键词：多壁碳纳米管多代循环再生混凝土再生细骨料活性粉末混凝土粘结颗粒模型

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浅析BPM法对岩石颗粒的基础模拟研究

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陶瓷 2020年第9期 44-45,21页

作者：周庭熠庄心善湖北工业大学土木建筑与环境学院武汉430068

岩石颗粒材料结构复杂,在各种外力作用下会出现裂缝、破碎、孔隙等现象。目前数值模拟方法越来越受到学术界的认同并成为研究颗粒破碎问题的主要方法。笔者重点基于离散元数值模拟方法中的岩石的粘结颗粒模型(以下称为BPM)来简单说明研... 详细信息

岩石颗粒材料结构复杂,在各种外力作用下会出现裂缝、破碎、孔隙等现象。目前数值模拟方法越来越受到学术界的认同并成为研究颗粒破碎问题的主要方法。笔者重点基于离散元数值模拟方法中的岩石的粘结颗粒模型(以下称为BPM)来简单说明研究的基础,并对推广BPM提供一定的参考价值。

关键词：数值模拟颗粒破碎粘结颗粒模型

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