通過顆粒流軟件PFC^2D,采用離散元的方法模擬了脆性材料在受外力作用下的動態(tài)力學(xué)行為。主要研究了混凝土以及無機(jī)玻璃的動態(tài)力學(xué)行為,并以混凝土為主。使用離散元軟件PFC^2D對二維混凝土模型進(jìn)行了構(gòu)建,并通過單軸壓縮,劈裂拉伸,三點(diǎn)彎曲,切口梁三點(diǎn)彎曲等模擬實(shí)驗(yàn),標(biāo)定了混凝土內(nèi)部的細(xì)觀參數(shù)。并且在此模型基礎(chǔ)上:1.模擬再現(xiàn)了混凝土巴西劈裂實(shí)驗(yàn),通過模擬表明:1)力鏈分布在混凝土中部豎直方向上最為集中,向兩側(cè)逐漸減少。宏觀裂紋首先在骨料與砂漿接觸粘結(jié)面處產(chǎn)生,且沿加載線向上下兩側(cè)擴(kuò)展,在高速擴(kuò)展過程中伴隨著高應(yīng)變能的釋放,裂紋將骨料拉裂,但裂紋主要還是沿著骨料與砂漿粘結(jié)面,以及砂漿間擴(kuò)展。2)混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度表現(xiàn)出明顯的應(yīng)變率效應(yīng),隨應(yīng)變率的增加而增大。3)進(jìn)一步建立SHPB系統(tǒng),對混凝土進(jìn)行加載發(fā)現(xiàn)在低應(yīng)變率下,混凝土能夠很好的滿足中心起裂現(xiàn)象,臨界應(yīng)變率在8s^-1左右,而在高應(yīng)變率時則不會出現(xiàn),系由于更高應(yīng)變率時,短時間混凝土內(nèi)部無法達(dá)到應(yīng)力均勻,而是先在混凝土兩側(cè)產(chǎn)生應(yīng)力集中,達(dá)到抗壓極限,從而產(chǎn)生該類現(xiàn)象。2.模擬了... 

【文章來源】：寧波大學(xué)浙江省

【文章頁數(shù)】：79 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

PFC2D視圖窗口圖

脆性材料動態(tài)力學(xué)行為的離散元分析-6-2[()2()()][()()]()()()2mxttxtxttcxttxttkxtfttt(1.2)式中Δt為計(jì)算時步。由式(1.2)可以解得：22()()()()[2()]()2()()2ctfttmuttmktutxttcmt(1.3)由于式(1.3)中等式右邊均為已知項(xiàng)，所以可將x(t+Δt)求出。將求出的值帶入式(1.4)、(1.5)，由此可求出顆粒在t時刻的速度與加速度。x(t)[x(tt)x(tt)]/(2t)(1.4)2x(t)[x(tt)2x(t)x(tt)]/(t)(1.5)進(jìn)行顯示迭代分析時，主要對式(1.4)、(1.5)兩組方程進(jìn)行求解，即運(yùn)動方程與力-位移方程。3)顆粒流方法基本方程在顆粒流模型中，以力-位移定律和牛頓第二定律為基本理論，根據(jù)力-位移理論更新接觸部分的接觸力；根據(jù)牛頓第二定律更新顆粒與墻體的位置，調(diào)整顆粒之間的關(guān)系。兩者的相互交替，按照每一時步迭代并遍歷整個顆粒集合，直到最終達(dá)到平衡狀態(tài)或者破壞無法達(dá)到最終的穩(wěn)定狀態(tài)為止。(1)物理方程圖1.4PFC中兩種接觸單元關(guān)系Fig.1.4TworelationshipsofthecontactunitinPFC

寧波大學(xué)碩士學(xué)位論文-9-模型的弊端，其均將骨料簡化成了普通的圓形，而實(shí)際中骨料為多面體，就二維當(dāng)中而言應(yīng)為多邊形，將骨料簡化成圓形在一定程度上會改變混凝土在受動載荷作用時的力學(xué)行為，此外他們均將骨料簡化成了單個大小顆粒，而單個顆粒無法破碎，因此無法準(zhǔn)確反映實(shí)驗(yàn)中混凝土受沖擊時骨料破碎的真實(shí)情況，如圖1.6與1.7所示分別為圓形骨料混凝土模型與其受力破壞時的形貌圖。Se′bastien[45]等人使用三維離散元模型對混凝土動態(tài)力學(xué)行為進(jìn)行了研究，通過動態(tài)拉伸試驗(yàn)驗(yàn)證了混凝土的率效應(yīng)。ChuanQin[46-48]等人使用離散元法建立了二維混凝土模型并通過經(jīng)驗(yàn)公式對顆粒間參數(shù)進(jìn)行了賦值，進(jìn)一步對混凝土巴西劈裂實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了模擬，得出混凝土抗拉強(qiáng)度明顯的率效應(yīng)。清華大學(xué)MingxinWu、ZhenfuChen[49][50]等人通過離散元軟件PFC2D構(gòu)建了二維混凝土模型，開展了在不同應(yīng)變率下混凝土梁失效破壞模式研究，并試圖從從能量的角度對其進(jìn)行解釋，與此同時也研究了預(yù)加載荷對梁強(qiáng)度的影響。圖1.6圓形骨料混凝土模型[43]圖1.7圓形骨料混凝土破壞圖[44]Fig.1.6circularaggregateconcretemodelFig.1.7Failurediagramofcircularaggregateconcrete基于上述事實(shí)本文提出了一種建立混凝土模型與確定混凝土內(nèi)部細(xì)觀參數(shù)(即標(biāo)定)的新方法，并采用多邊形可破碎骨料方式，更能準(zhǔn)確反映混凝土受動載荷時裂紋擴(kuò)展，以及其力學(xué)特點(diǎn)。在此標(biāo)定基礎(chǔ)上，對無機(jī)玻璃微觀參數(shù)進(jìn)行了確定，并且探究了無機(jī)玻璃動態(tài)力學(xué)行為和失效破壞模式。1.3論文的結(jié)構(gòu)論文的編寫結(jié)構(gòu)如下：第一章、主要介紹了混凝土材料研究的背景及意義，并從理論、實(shí)驗(yàn)與模擬研究三方面闡述了國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀，并簡單介紹了離散元軟件PFC的基本原理。

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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本文編號：3144144