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《西南交通大学》 2011年
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钢纤维混凝土的动态本构模型及其有限元方法

曹吉星  
【摘要】:钢纤维混凝土(steel fiber reinforced concrete,SFRC)是一种现代的新型混凝土,它是在普通混凝土中掺入乱向分布的钢纤维后所形成的一种多相复合材料。由于钢纤维的存在能够有效阻碍混凝土内部微裂纹的扩展,显著提高了混凝土基体的韧性、延性和抗冲击等性能。由于SFRC中乱向分布的钢纤维增加了此类混凝土成分的复杂性,因此它是一种性能极为复杂的材料,对它的力学性能的研究至今尚未完善。钢纤维的几何尺寸和掺量大小等因素对SFRC的物理、力学性能有着重要影响,因此对SFRC特别是其在动态载荷作用下的基本力学性能和本构理论的研究仍显得亟为迫切。 本文主要在对SFRC进行准静态试验和SHPB冲击压缩试验研究的基础上,建立了SFRC的两个动态本构模型,并将其嵌入有限元计算中,以进行SFRC结构动态响应的数值分析,具体包括以下工作: 1.对钢纤维混凝土试件进行了冲击压缩试验和准静态试验研究。通过对试验数据的分析,得到了钢纤维混凝土在不同基体强度、钢纤维含量及应变率下的应力-应变关系曲线。 2.基于试验结果,以混凝土HJC动态本构模型为基础,通过对钢纤维混凝土的应变率效应以及钢纤维的增强、增韧效应进行分析,提出了一个适用于钢纤维混凝土的改进的HJC动态本构模型。此模型改进了HJC本构模型的屈服面方程和损伤演化方程,以使其能反映钢纤维的增强、增韧作用。算例显示,本文建立的钢纤维混凝土在冲击荷载作用下的改进HJC动态本构模型是合理有效的。 3.利用与遗传算法结合的改进BP神经网络,以钢纤维混凝土试验数据作为训练样本,当前应变增量、应变率、以及上一时间步的应变、应力和应变率作为输入量,当前应力增量为输出量,对神经网络进行训练,建立了钢纤维混凝土的神经网络动态本构模型。算例显示,此动态本构模型是合理的。 4.在有限元计算过程中利用神经网络本构模型代替传统的材料本构模型,提出了钢纤维混凝土结构动力分析基于神经网络的有限元方法 5.对大型有限元软件ABAQUS/Explicit进行二次开发,利用材料用户子程序接口VUMAT编写代码,采用显式积分算法对本文建立的钢纤维混凝土动态本构模型进行动态有限元实现,并通过算例验证了有限元实现过程的正确性和有效性。 6.利用本文建立的两个钢纤维混凝土动态本构模型,对钢纤维混凝土靶在高速和低速冲击下破坏进行了数值模拟,给出了靶板的破坏形态,并对计算结果做了比较分析,讨论了本文所建立的本构模型各自的特点和适用范围。
【学位授予单位】:西南交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TU528.572

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【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 赵静;钢纤维高强混凝土力学性能研究与动态抗侵彻性能模拟[D];南京理工大学;2013年
2 张志伟;混合纤维增强水泥基复合材料的力学性能试验及数值模拟[D];华南理工大学;2013年
3 崔云;补偿收缩纳米SiO_2钢纤维混凝土抗冲击和抗裂性能试验研究[D];安徽理工大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【共引文献】
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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5 孙远翔;赵迁;宁建国;;混凝土材料SHPB实验的数值模拟[A];计算爆炸力学进展[C];2006年
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10 林大超;张瑞红;齐宏伟;张富强;;边坡位移演化的多尺度分析[A];第九届全国岩土力学数值分析与解析方法讨论会论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 曲嘉;钢纤维混凝土劈拉强度的实验研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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10 竺铝涛;纤维力学性质应变率效应和针织复合材料弹道冲击破坏机理[D];东华大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘洋;斜坡混凝土振动密实成型试验研究[D];山东科技大学;2010年
2 孟庆辉;恐怖爆炸荷载作用下地铁隧道的冲击反应与防护研究[D];山东科技大学;2010年
3 刘希花;曳引电梯机械振动系统的固有特性与动力学响应[D];山东科技大学;2010年
4 黄晓战;纤维矿渣微粉混凝土高温损伤机理与力学性能研究[D];郑州大学;2010年
5 魏东;FRP加固受损钢纤维高强混凝土框架边节点的受力性能[D];郑州大学;2010年
6 张爱霞;FRP加固受损钢筋混凝土框架节点抗震性能[D];郑州大学;2010年
7 张圣言;掺纳米SiO_2钢纤维混凝土力学性能试验研究[D];郑州大学;2010年
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9 张雷;TRC抗弯加固RC梁的有限元分析[D];大连理工大学;2010年
10 孟顺意;混凝土双轴动态试验研究[D];大连理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 蒋志刚;曾首义;申志强;;轻型陶瓷复合装甲结构研究进展[J];兵工学报;2010年05期
3 严少华,李志成,王明洋,尹放林;高强钢纤维混凝土冲击压缩特性试验研究[J];爆炸与冲击;2002年03期
4 胡时胜,王道荣;冲击载荷下混凝土材料的动态本构关系[J];爆炸与冲击;2002年03期
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7 王德荣;葛涛;周泽平;王明洋;;钢纤维超高强活性混凝土(RPC)抗侵彻计算方法研究[J];爆炸与冲击;2006年04期
8 李伟华;田惠文;宗成中;侯保荣;;纳米SiO_2的改性及其在涂料中的应用研究进展[J];材料保护;2009年02期
9 胡秀章;刘永胜;王肖钧;谷先广;;超短钢纤维混凝土抗侵彻性能的实验研究[J];弹道学报;2008年02期
10 戎志丹;孙伟;张云升;佘伟;张文华;;高与超高性能钢纤维混凝土的抗侵彻性能研究[J];弹道学报;2010年03期
中国博士学位论文全文数据库 前8条
1 曲嘉;钢纤维混凝土劈拉强度的实验研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 巫绪涛;钢纤维高强混凝土动态力学性质的研究[D];中国科学技术大学;2006年
3 高淑玲;PVA纤维增强水泥基复合材料假应变硬化及断裂特性研究[D];大连理工大学;2006年
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6 齐振伟;反机场跑道串联随进弹终点效应的实验研究与数值模拟[D];国防科学技术大学;2007年
7 李贺东;超高韧性水泥基复合材料试验研究[D];大连理工大学;2009年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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10 陈大年,S.T.S.Al-Hassani,尹志华,俞宇颖,沈雄伟;混凝土的冲击特性描述[J];爆炸与冲击;2001年02期
中国重要会议论文全文数据库 前5条
1 赵隆茂;马宏伟;;白云山机场跑道等用混凝土动态劈裂拉伸力学性能的实验研究[A];第三届全国爆炸力学实验技术交流会论文集[C];2004年
2 宋博;姜锡权;陈为农;;霍普金森压杆实验中的脉冲整形技术[A];第三届全国爆炸力学实验技术交流会论文集[C];2004年
3 周立端;曲建波;黄文云;;φ100大型霍普金森杆论证的气炮发射试验研究[A];第三届全国爆炸力学实验技术交流会论文集[C];2004年
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5 刘逸平;黄小清;汤立群;罗立峰;;混凝土桥面铺装材料冲击力学性能的实验研究[A];第三届全国爆炸力学实验技术交流会论文集[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 徐建波;长杆射弹对混凝土的侵彻特性研究[D];国防科学技术大学;2001年
2 肖诗云;混凝土率型本构模型及其在拱坝动力分析中的应用[D];大连理工大学;2002年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 王晓伟;异形钢纤维与混凝土粘结机理及其增韧效应研究[D];河北工业大学;2003年
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【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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5 黄伟;徐桂丽;钟毅;;钢纤维混凝土的特性及其在井壁结构中的应用[J];露天采矿技术;2006年01期
6 李源泉;申兰江;;井巷与硐室工程中钢纤维混凝土研究与开发[J];矿冶;2006年02期
7 关战伟;梅明荣;杨勇;;钢纤维混凝土在水工结构除险加固中的应用研究综述[J];西部探矿工程;2006年09期
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10 查桂华;;矿山建筑结构钢纤维混凝土的应用探讨[J];现代矿业;2010年07期
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1 王志杰;李泳伸;;钢纤维混凝土隧道衬砌的地震响应分析[A];先进纤维混凝土 试验·理论·实践——第十届全国纤维混凝土学术会议论文集[C];2004年
2 胡倍雷;赵国藩;;钢纤维混凝土断裂能的试验研究[A];全国第五届纤维水泥与纤维混凝土学术会议论文集[C];1994年
3 朱晋茂;;东岳DGE型钢纤维的研制[A];全国第五届纤维水泥与纤维混凝土学术会议论文集[C];1994年
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5 汤关祚;;钢纤维混凝土检查井盖研究与应用[A];纤维水泥制品行业纤维增强水泥及其制品论文选集(1)(1960~2009)[C];2009年
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7 曲福来;王冠月;韩嵘;赵顺波;;钢纤维混凝土轴心受拉应力-应变全曲线试验研究[A];先进纤维混凝土 试验·理论·实践——第十届全国纤维混凝土学术会议论文集[C];2004年
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10 吉青克;李晔;黄彭;;路用钢纤维混凝土裂后性能分析[A];2002年道路工程学会学术交流会论文集[C];2002年
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8 胡祖福;增强混凝土用特种钢纤维获江苏省科技成果奖[N];中国建材报;2003年
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10 张丽娜 刘丹 本报记者 束洪福;徐世烺:潜心无缝混凝土攻关[N];科技日报;2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 曹吉星;钢纤维混凝土的动态本构模型及其有限元方法[D];西南交通大学;2011年
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8 车轶;混凝土高拱坝孔口配筋与抗裂问题研究[D];大连理工大学;2002年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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3 焦耐淇;喷射钢纤维混凝土耐久性试验研究[D];西安建筑科技大学;2012年
4 朱田路;低掺量钢纤维混凝土力学性能研究[D];郑州大学;2011年
5 苗元耀;钢纤维混凝土碳化性能试验研究[D];西安建筑科技大学;2010年
6 姜磊;钢纤维混凝土抗冻融性能试验研究[D];西安建筑科技大学;2010年
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9 夏乃凯;考虑界面影响的钢纤维混凝土等效力学性能研究[D];郑州大学;2013年
10 刘智林;基于均匀化理论的钢纤维混凝土等效弹性模量的计算[D];湘潭大学;2012年
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