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混凝土SHPB试验的数值模拟
优质期刊推荐岩石SHPB实验技术数值模拟分析--《中南大学》2009年硕士论文
岩石SHPB实验技术数值模拟分析
【摘要】：本文介绍了岩石动态压缩力学性能方面的有关研究进展,并对SHPB实验装置与原理进行了简单的叙述,应用ANSYS/LS-DYNA有限元平台建立了SHPB实验装置的三维有限元模型,并从有限元原理、单元选取、沙漏控制、网格划分、接触设置以及初始加载以及等几方面进行了讨论。在此基础上对SHPB实验技术中若干关键问题进行了数值模拟分析。主要包括如下内容:
1)对比分析了传统矩形波和改进的半正弦波加载下,不同直径入射杆,不同加载率,不同传播距离的波形弥散情形,显示并验证了SHPB半正弦加载波受杆径,加载率、及传播距离的影响很小,不会产生弥散现象,进一步证明了半正弦波加载方式是用于岩石类脆性材料大直径SHPB测试的理想形式。
2)对比分析了SHPB试验中半正弦入射波和传统的矩形入射波加载条件下试样早期应力均匀化过程。从试样达到应力平衡所需时间的快慢来考虑,验证了半正弦入射波加载方式对于岩石类脆性材料动态特性的测试具有显著优势。
3)在加载应变率方面,分析得出了半正弦波加载条件下波形应力峰值、持续时间、SHPB杆径、试样长径比与试样加载平均应变率之间的关系。
4)利用半正弦波加载得到了与试验结果比较吻合的应力-应变关系曲线,并分析了不同加载条件下试样的力学特性。采用H-J-C模型模拟岩石破碎过程,研究了不同应变率下的岩石破坏形态。
5)利用数值模拟验证了波的传播、以及早期应力均匀性并不受轴向预应力影响,模拟分析了一维波理论在动静组合实验中的适用性。
【关键词】：
【学位授予单位】：中南大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2009【分类号】：TU458【目录】：
摘要4-5ABSTRACT5-9第一章 绪论9-17 1.1 引言9-10 1.2 国内外研究现状与发展趋势10-15
1.2.1 消除弥散效应研究现状10-11
1.2.2 岩石在动载下力学特性现状研究11-13
1.2.3 岩石动静组合加载实验技术13-14
1.2.4 数值模拟的应用14-15 1.3 本文的主要工作15-17第二章 SHPB 实验技术及数值模拟方法17-33 2.1 SHPB 实验技术17-20
2.1.1 实验设备17-19
2.1.2 SHPB 实验基本原理19-20 2.2 数值模拟方法20-32
2.2.1 有限元方法简介20-22
2.2.2 控制方程22
2.2.3 ANSYS/LS-DYNA 软件简介22-23
2.2.4 ANSYS/LS-DYNA 软件基本解法和求解过程23-25
2.2.5 有限元模型建立25-32 2.3 本章小结32-33第三章 岩石材料动载荷下数值模拟研究33-56 3.1 脉冲形状对波传播弥散的影响模拟33-37 3.2 在不同入射波形下早期不均匀性的影响模拟37-42
3.2.1 应力波在弹性体试样中的透－反射过程37-39
3.2.2 均匀性的度量39-40
3.2.3 模拟结果分析40-42 3.3 脉冲形状对岩石材料本构关系的影响模拟42-44 3.4 不同应变率下的岩石材料动态特性44-55
3.4.1 波形应力峰值、持续时间与应变率关系模拟分析45-47
3.4.2 SHPB 杆径、试样长径比与试样应变率关系的模拟分析47-48
3.4.3 不同应变率下的岩石动态力学特性模拟48-51
3.4.4 岩石破坏过程模拟分析51-55 3.5 本章小结55-56第四章 岩石在动静组合加载下的数值模拟研究56-64 4.1 动静组合加载数值模拟实现方法56-58 4.2 组合加载实验系统的可行性分析58-63
4.2.1 理论推导58-60
4.2.2 数值模拟结果分析60-63 4.3 本章小结63-64第五章 结论与展望64-66 5.1 全文总结64-65 5.2 工作展望65-66参考文献66-73致谢73-74攻读硕士学位期间主要研究成果74
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