泡沫填充混凝土的贯入力学行为研究

发布时间：2017-07-31 21:27

  本文关键词：泡沫填充混凝土的贯入力学行为研究

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【摘要】：泡沫混凝土作为保温隔热材料已经广泛用于土木工程。目前,由于其密度低、强度低、缓冲吸能性能好和强度可设计等特点,开始作为拦阻材料应用于飞机道面拦阻系统(Engineered Material Arresting System,EMAS),以拦停意外冲出跑道的飞机,减少飞机冲出跑道所造成的危害。在该应用中,泡沫混凝土受到飞机机轮滚动冲击的作用,但由于泡沫混凝土材料内部存在大量孔洞,自然环境下易吸水老化,耐久性差。泡沫填充混凝土(Foam Filled Concrete,FFC)是将聚苯乙烯泡沫(Expanded polystyrene,EPS)颗粒作为轻质骨料加入水泥砂浆中制成的一种新型混凝土,可望解决EMAS的耐久性差问题。本文通过圆柱平头和缩比机轮的动静态贯入实验,研究泡沫填充混凝土的动静态贯入力学性能,为该材料应用于飞机道面拦阻系统提供理论依据,具体研究内容如下:(1)研究飞机拦阻问题中涉及的特征尺寸、特征时间、特征质量、特征密度和特征强度等物理量的量纲和量级,运用量纲分析和能量守恒对EMAS拦阻飞机的过程进行了分析,确定了影响拦阻距离的相关物理量,建立了针对不同机型飞机的拦阻距离预测模型。(2)研究泡沫填充混凝土在圆柱平头和缩比机轮准静态贯入荷载作用下的力学性能与吸能特性。采用准静态圆柱平头贯入实验,研究不同泡沫掺量泡沫填充混凝土的准静态贯入力学特性,分析准静态圆柱平头贯入失效荷载与泡沫体积含量、材料的剪切强度和单轴压缩屈服应力之间的关系,进而对泡沫填充混凝土材料的准静态圆柱平头贯入失效荷载进行预测;采用两种不同尺寸的缩比机轮,通过准静态机轮贯入实验研究机轮尺寸和泡沫体积含量对泡沫填充混凝土机轮贯入力学行为的影响,并采用量纲分析对机轮贯入荷载进行预测。(3)研究泡沫填充混凝土在圆柱平头冲击贯入荷载和缩比机轮冲击贯入荷载作用下的力学性能与吸能特性。采用圆柱平头和缩比机轮两类不同的冲击加载头,通过落锤冲击实验,研究泡沫体积含量和冲击速度对泡沫填充混凝土材料的动态贯入曲线和能量吸收特性的影响;采用量纲分析的方法分析泡沫填充混凝土在圆柱平头和机轮动态贯入荷载作用下的能量吸收特性,并推导机轮动态贯入曲线的预测函数关系式。
【关键词】：飞机道面拦阻系统 泡沫填充混凝土 量纲分析 拦阻距离 准静态贯入 冲击贯入 能量吸收
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U414;V351.11
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 第一章 绪论12-21
• 1.1 引言12-14
• 1.1.1 研究背景12-13
• 1.1.2 研究意义13-14
• 1.2 飞机道面拦阻系统研究现状14-15
• 1.3 量纲分析和相似理论研究现状15-16
• 1.4 泡沫混凝土力学性能研究现状16-19
• 1.4.1 泡沫混凝土的动力学研究现状16-17
• 1.4.2 贯入实验及相关理论研究现状17-18
• 1.4.3 剪切实验及相关理论研究现状18-19
• 1.5 本文主要工作和内容19-21
• 第二章 飞机拦阻距离的量纲分析21-38
• 2.1 量纲分析的基本原理21-25
• 2.1.1 量纲（Dimension）的几个基本概念21-22
• 2.1.2 量纲基本原理22-23
• 2.1.3 完全相似和非完全相似23-24
• 2.1.4 尺度率的概念24-25
• 2.2 飞机拦阻距离的量纲分析25-31
• 2.2.1 飞机拦阻背景介绍25
• 2.2.2 飞机拦阻模型的基本假设25-26
• 2.2.3 飞机拦阻距离的主要影响参量26-27
• 2.2.4 飞机拦阻的量纲分析27-29
• 2.2.5 飞机和拦阻材料的参数分析29-30
• 2.2.6 拦阻距离无量纲量的量级分析30-31
• 2.3 飞机拦阻距离的预测分析31-34
• 2.4 相似准数敏感性分析34-36
• 2.4.1 相似准则的优化方法34-36
• 2.4.2 飞机拦阻距离的相似准数敏感性分析36
• 2.5 本章小结36-38
• 第三章 泡沫填充混凝土准静态圆柱平头贯入实验研究38-61
• 3.1 泡沫填充混凝土准静态头圆柱平头贯入实验38-41
• 3.1.1 实验准备38-40
• 3.1.2 准静态圆柱平头贯入实验试件参数40-41
• 3.2 FFC准静态圆柱平头贯入力学性能41-47
• 3.2.1FFC试件的弹性模量测量41-44
• 3.2.2 FFC准静态圆柱平头贯入荷载-位移曲线44-45
• 3.2.3 FFC圆柱平头贯入实验结果分析45-47
• 3.2.4 FFC准静态圆柱贯入能量分析47
• 3.3 泡沫填充混凝土准静态双剪实验47-52
• 3.3.1 实验材料与制作47-48
• 3.3.2 实验设备和夹具48
• 3.3.3 FFC双剪实验的试件参数48-50
• 3.3.4 FFC试件准静态双剪力学性能50-52
• 3.4 准静态圆柱平头贯入失效荷载的理论预测52-59
• 3.4.1 塑性压溃强度52-56
• 3.4.2 FFC准静态圆柱平头贯入时受力分析56-59
• 3.5 本章小结59-61
• 第四章 泡沫填充混凝土准静态机轮贯入实验研究61-76
• 4.1 泡沫填充混凝土准静态机轮贯入实验61-63
• 4.1.1 实验材料与制作61
• 4.1.2 FFC准静态机轮贯入实验试件参数61-63
• 4.2 FFC试件准静态机轮贯入力学性能63-65
• 4.2.2FFC试件准静态机轮贯入受力分析64-65
• 4.2.3 FFC准静态机轮贯入吸能特性分析65
• 4.3 FFC试件准静态机轮贯入量纲分析65-68
• 4.3.1 FFC试件贯入力学性能的量纲分析65-67
• 4.3.2 FFC试件机轮贯入荷载预测67-68
• 4.4 飞机机轮准静态贯入荷载变化预测68-74
• 4.4.1 飞机机轮准静态贯入力学性能的量纲分析68-69
• 4.4.2 模型实验与原型实验69-71
• 4.4.3 飞机机轮贯入荷载预测71-74
• 4.5 本章小结74-76
• 第五章 泡沫填充混凝土冲击贯入实验研究76-101
• 5.1 泡沫填充混凝土圆柱平头的冲击贯入实验76-84
• 5.1.1 实验准备76-77
• 5.1.2 FFC冲击贯入试件参数77-78
• 5.1.3 FFC试件冲击贯入力学性能78-81
• 5.1.4 FFC冲击贯入荷载-位移分析81-84
• 5.2 泡沫填充混凝土的机轮冲击贯入实验84-91
• 5.2.1 实验准备84
• 5.2.2 FFC冲击贯入试件参数84-85
• 5.2.3 FFC试件机轮冲击贯入力学性能85-89
• 5.2.4 FFC机轮冲击贯入荷载-位移分析89-91
• 5.3 FFC冲击贯入应变与时间的关系91-94
• 5.3.1 FFC圆柱冲击贯入应变与时间的关系91-92
• 5.3.2 FFC机轮冲击贯入应变与时间的关系92-94
• 5.4 FFC冲击贯入吸能特性分析94-98
• 5.4.1FFC圆柱平头冲击贯入吸能特性分析94-96
• 5.4.2 FFC机轮冲击贯入吸能特性分析96-98
• 5.5 FFC试件机轮冲击贯入力学性能量纲分析98-99
• 5.6 本章小结99-101
• 全文总结与展望101-103
• 全文总结101-102
• 工作展望102-103
• 参考文献103-107
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果107-108
• 致谢108-109
• 附件109

【参考文献】

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本文编号：601225