混凝土与加筋混凝土动态力学性能数值模拟

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混凝土因其原材料丰富,价格低廉,高强耐久等优点被广泛应用于各类建筑工程。它是一种多相非均质复合材料,力学性能复杂多变,一直是国内外学者研究热点问题。本文利用数值模拟方法,对多边形粗骨料混凝土和加筋混凝土动态破坏过程进行数值模拟。主要内容如下:(1)冲击荷载作用下多边形粗骨料混凝土动态特性数值模拟。将碎石混凝土看成多边形粗骨料和水泥砂浆组成两相复合材料,根据富勒级配曲线和瓦拉文平面转化公式,利用ANSYS自带APDL语言编写二维多边形粗骨料随机分布程序,运用ANSYS/LS-DYNA软件建立有限元模型,考察多边形粗骨料体积含量、多边形粗骨料大小及分布、试件尺寸以及冲击速度对混凝土动态力学性能影响,数值模拟结果表明:1)碎石混凝土具有明显尺寸效应和率敏感性;2)随着多边形粗骨料体积含量增大,碎石混凝土峰值应力呈先增大后减小趋势;3)保持多边形粗骨料最大粒径不变,随着多边形粗骨料最小粒径增大,碎石混凝土峰值应力逐渐减小;4)保持多边形粗骨料最小粒径不变,随着粗骨料最大粒径增大,碎石混凝土峰值应力呈现先增大后减小趋势。(2)强冲击荷载作用下加筋混凝土动态特性数值模拟。利用ANSYS/LS-DYNA软件对加筋混凝土在不同冲击速度下的动态响应进行数值模拟,提取应力-时间曲线,三块靶板峰值应力以及动态破坏过程应力云图,通过与实验结果比较发现:有限元模型应力波波形较好,与实验结果曲线走势一致;加筋混凝土材料受内部微细结构扰动影响,存在明显滞后效应;随着冲击速度不断增加,加筋混凝土峰值应力明显提高;随着靶板位置后移,加筋混凝土峰值应力呈现逐渐衰减趋势;实验条件下加筋混凝土峰值应力与数值模拟结果相差较小,说明该有限元模型合理、有效,可为实际工程提供可靠依据。
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