基于近场动力学的功能梯度ECC结构的动态断裂模拟
发布时间：2021-04-21 21:08
基于多裂缝开裂和应变硬化的两大独特优势,工程水泥基复合材料（ECC）受到各方面研究者的关注。相比于混凝土材料,粗骨料的去除以及纤维的加入使得ECC具有优越的延性,该材料也更多的被应用于受拉构件及结构。当ECC材料作为梁结构时,由于拉伸作用下纤维与基体的黏结作用以及压应力作用下极弱的纤维作用,使得受压区的纤维既不能充分发挥出应有的作用,同时也浪费了纤维,造成成本增加。因此,为了节约纤维用量,减少成本支出,我们提出了一种功能梯度ECC（FGECC）结构,并且将在本文讨论其动态断裂行为。近场动力学理论是一种非局部理论,与诸如有限元等传统数值分析方法相比,其在解决非连续性问题有较大的优势,且对于存在诸如初始裂缝与空隙缺陷的问题,该理论也能给出精确的解答。ECC为纤维增强复合材料,本文针对该复合材料构建了相应的PD理论模型,介绍了两种熟悉的建模方法:全离散和半离散,但基于计算效率和精度的考虑,最终以考虑纤维/基体相互作用的半离散模型为理论支持来研究复合材料动态断裂下的裂缝扩展行为。考虑到水泥基体的软化特性,引入了PD“键”的损伤系数,以精确模拟结果。另外,为了验算PD复合结构模型的合理性,依据实...
【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 前言
1.2 课题背景与选题意义
1.2.1 课题背景
1.2.2 选题意义
1.3 PD理论研究的国内外现状
1.3.1 国内研究现状
1.3.2 国外研究现状
1.4 梯度ECC的研究现状
1.5 本文研究的主要内容
2 “键”基近场动力学概述
2.1 近场动力学简述
2.2 “键基”近场动力学基本理论
2.3 改进型微模量函数模型的引入
2.4 近场动力学中的收敛形式
2.5 本章小节
3 考虑纤维作用的ECC复合材料半离散模型
3.1 水泥基体的本构关系模型
3.2 数值离散模型概述与纤维力理论公式
3.3 纤维力的作用机制
3.4 数值实现过程
3.4.1 随机纤维的位置调整
3.4.2 纤维作用力的离散
3.4.3 ECC材料半离散模型的近场动力学程序实现
3.5 功能梯度ECC材料的实验制备及相应的数值计算模型
3.6 本章小节
4 ECC复合材料裂纹扩展的收敛性分析
4.1 带有横向初始裂缝的水泥基体板的动态收敛性分析
4.1.1 计算模型
4.1.2 收敛结果分析
4.2 四点弯曲作用下含有初始裂缝功能梯度材料梁的PD模拟
4.2.1 计算模型
4.2.2 结果对比
4.3 本章小节
5 拉伸作用下二维FGECC板的动态断裂模拟
5.1 均质ECC材料板的动态开裂
5.2 含有圆形缺口二维FGECC悬臂板的动态断裂模拟
5.2.1 单缺口计算模型
5.2.2 不同单缺口位置下的断裂模拟与分析
5.2.3 含有边缘对称缺口的模型在不同梯度差下的断裂模拟与分析
5.3 本章小节
6 四点弯曲作用下二维FGECC梁的断裂模拟与分析
6.1 二维FGECC梁的计算模型
6.2 纤维含量均匀分布与梯度分布下的模拟对比
6.3 含圆形空隙缺陷FGECC梁的动态断裂的影响因素分析
6.3.1 含有圆形空隙的计算模型
6.3.2 空隙尺寸
6.3.3 纤维含量
6.3.4 载荷大小
6.4 含有初始裂缝FGECC梁动态断裂的影响因素分析
6.4.1 含有初始裂缝的计算模型
6.4.2 裂缝位置
6.5 本章小节
7 总结与展望
7.1 主要结论
7.2 研究存在的不足
7.3 未来展望
参考文献
在校期间发表学术论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]混凝土细观破坏过程的近场动力学模拟[J]. 郭士强,夏晓舟,顾鑫,章青. 河南科学. 2019(07)
[2]考虑混凝土材料非均质特性的近场动力学模型[J]. 李天一,章青,夏晓舟,顾鑫. 应用数学和力学. 2018(08)
[3]基于改进型近场动力学方法的多裂纹扩展分析[J]. 秦洪远,黄丹,刘一鸣,章青. 工程力学. 2017(12)
[4]基于近场动力学理论的准脆性材料的本构力函数的构建[J]. 石宏顺,钱松荣,原群盛,徐婷,张国浩. 计算力学学报. 2017(04)
[5]混凝土复合型裂纹扩展的非局部近场动力学建模分析[J]. 秦洪远,黄丹,章青. 计算力学学报. 2017(03)
[6]近场动力学微极模型在求解静力学问题中的应用[J]. 郁杨天,章青,顾鑫. 力学季刊. 2017(01)
[7]含单边缺口混凝土梁冲击破坏的近场动力学模拟[J]. 郁杨天,章青,顾鑫. 工程力学. 2016(12)
[8]准静态变形破坏的近场动力学分析[J]. 黄丹,卢广达,章青. 计算力学学报. 2016(05)
[9]基于近场动力学方法的混凝土板侵彻问题研究[J]. 顾鑫,章青,黄丹. 振动与冲击. 2016(06)
[10]复合材料层合板冲击损伤近场动力学模型与分析[J]. 王富伟,黄再兴. 计算力学学报. 2014(06)
本文编号：3152493
【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 前言
1.2 课题背景与选题意义
1.2.1 课题背景
1.2.2 选题意义
1.3 PD理论研究的国内外现状
1.3.1 国内研究现状
1.3.2 国外研究现状
1.4 梯度ECC的研究现状
1.5 本文研究的主要内容
2 “键”基近场动力学概述
2.1 近场动力学简述
2.2 “键基”近场动力学基本理论
2.3 改进型微模量函数模型的引入
2.4 近场动力学中的收敛形式
2.5 本章小节
3 考虑纤维作用的ECC复合材料半离散模型
3.1 水泥基体的本构关系模型
3.2 数值离散模型概述与纤维力理论公式
3.3 纤维力的作用机制
3.4 数值实现过程
3.4.1 随机纤维的位置调整
3.4.2 纤维作用力的离散
3.4.3 ECC材料半离散模型的近场动力学程序实现
3.5 功能梯度ECC材料的实验制备及相应的数值计算模型
3.6 本章小节
4 ECC复合材料裂纹扩展的收敛性分析
4.1 带有横向初始裂缝的水泥基体板的动态收敛性分析
4.1.1 计算模型
4.1.2 收敛结果分析
4.2 四点弯曲作用下含有初始裂缝功能梯度材料梁的PD模拟
4.2.1 计算模型
4.2.2 结果对比
4.3 本章小节
5 拉伸作用下二维FGECC板的动态断裂模拟
5.1 均质ECC材料板的动态开裂
5.2 含有圆形缺口二维FGECC悬臂板的动态断裂模拟
5.2.1 单缺口计算模型
5.2.2 不同单缺口位置下的断裂模拟与分析
5.2.3 含有边缘对称缺口的模型在不同梯度差下的断裂模拟与分析
5.3 本章小节
6 四点弯曲作用下二维FGECC梁的断裂模拟与分析
6.1 二维FGECC梁的计算模型
6.2 纤维含量均匀分布与梯度分布下的模拟对比
6.3 含圆形空隙缺陷FGECC梁的动态断裂的影响因素分析
6.3.1 含有圆形空隙的计算模型
6.3.2 空隙尺寸
6.3.3 纤维含量
6.3.4 载荷大小
6.4 含有初始裂缝FGECC梁动态断裂的影响因素分析
6.4.1 含有初始裂缝的计算模型
6.4.2 裂缝位置
6.5 本章小节
7 总结与展望
7.1 主要结论
7.2 研究存在的不足
7.3 未来展望
参考文献
在校期间发表学术论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]混凝土细观破坏过程的近场动力学模拟[J]. 郭士强,夏晓舟,顾鑫,章青. 河南科学. 2019(07)
[2]考虑混凝土材料非均质特性的近场动力学模型[J]. 李天一,章青,夏晓舟,顾鑫. 应用数学和力学. 2018(08)
[3]基于改进型近场动力学方法的多裂纹扩展分析[J]. 秦洪远,黄丹,刘一鸣,章青. 工程力学. 2017(12)
[4]基于近场动力学理论的准脆性材料的本构力函数的构建[J]. 石宏顺,钱松荣,原群盛,徐婷,张国浩. 计算力学学报. 2017(04)
[5]混凝土复合型裂纹扩展的非局部近场动力学建模分析[J]. 秦洪远,黄丹,章青. 计算力学学报. 2017(03)
[6]近场动力学微极模型在求解静力学问题中的应用[J]. 郁杨天,章青,顾鑫. 力学季刊. 2017(01)
[7]含单边缺口混凝土梁冲击破坏的近场动力学模拟[J]. 郁杨天,章青,顾鑫. 工程力学. 2016(12)
[8]准静态变形破坏的近场动力学分析[J]. 黄丹,卢广达,章青. 计算力学学报. 2016(05)
[9]基于近场动力学方法的混凝土板侵彻问题研究[J]. 顾鑫,章青,黄丹. 振动与冲击. 2016(06)
[10]复合材料层合板冲击损伤近场动力学模型与分析[J]. 王富伟,黄再兴. 计算力学学报. 2014(06)
本文编号：3152493
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huagong/3152493.html