动荷载下水泥砂浆和混凝土破坏过程的数值模拟

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1、四川建筑科学研究第41卷第1期226SichuanBuildingScience2015年2月动荷载下水泥砂浆和混凝土破坏过程的数值模拟韩莉，刘海峰(宁夏大学土木与水利工程学院，宁夏银川750021)摘要：数值模拟是研究水泥砂浆和混凝土动态破坏的有效途径之一。本文利用ANSYS／LS—DYNA软件对不同试件尺寸的水泥砂浆和混凝土在不同冲击速度下的动态响应过程进行了模拟，分析了冲击速度和试件尺寸对混凝土和水泥砂浆峰值应力的影响规律。数值模拟表明，水泥砂浆和々昆凝土均为率敏感性材料。峰值应力随冲击速度的增大而增大，同一冲击速度下，峰值应力随试件尺寸的增大而减小。关键词：水

2、泥砂浆；混凝土；数值模拟；冲击破坏；率敏感性中图分类号：TU528文献标志码：A文章编号：1008—1933(2015)01—226—04NumericalsimulationofimpactfailureofcementmortarandconcreteSUbjectedtodynamicloadsHANLi．UUHaifeng(SchoolofCivilandHydraulicEngineering，NingxiaUniversity，Yinchuan750021，China)Abstract：Numericalsimulationisoneoftheefecti

3、vewaystostudytheimpactfailureofcementmortarandconcrete．Inthispaper，ANSYS／LS—DYNAsoftwareisusedtosimulatetherespouseprocessofcementmortarandconcretewithvarioussizesunderdifferentimpactspeeds．Theinfluenceregulationofimpactspeedandspecimensizeonthepeakstressisanalyzed．Numericalsimulationsh

4、owsthatcementmortarandconcretematerialal'erate-sensitivemateria1．Thepeakstressincreaseswiththeenhancementofimpactspeed．Atthesametime，peakstressdecreaseswiththeincreaseofspecimensize．Keywords：cementmortar；concrete；numericalsimulation；impactfailure；ratesensitivity难观察到其细观破坏过程。随着数值模拟研究方法0引言

5、的引入，冲击过程中材料的变形、应力变化可以通过混凝土结构在其工作过程中，除了承受正常的计算机直观地展示出来，为试验提供一定的理论指准静态荷载外，往往还要承受各种急剧变化的冲击、导，降低试验成本。碰撞等动态荷载。而这些不可预知的动荷载往往会本文通过利用ANSYS／LS-DYNA软件，建立刚导致工程结构一定程度的破坏，甚至会造成人员伤性板冲击混凝土和水泥砂浆试件的有限元模型。模亡和经济损失。当混凝土受到冲击荷载作用时，表拟不同模型尺寸的混凝土和水泥砂浆在不同冲击速现出与静态荷载作用下不同的力学性能，为了更好度下的动态力学性能。通过得到应力一应变曲线，分地设计和分析这些混凝

6、土结构，为工程应用提供理析其冲击速度、试件尺寸对其动态力学性能的影响，论指导，有必要对其动态力学性能作进一步的研究。并将模型的预测结果与试验研究结果进行比较，发因此，混凝土材料动态力学性能研究越来越受到学现两者吻合较好。术界和工程界研究人员的关注，成为国内外研究的1有限元模型热点]。混凝土在冲击过程中，应力和变形的变化常常1．1模型尺寸与网格划分以波的形式传播，具有强烈的瞬态行为，而试验中很有限元模型如图1所示，中间部分为混凝土(或水泥砂浆)试件，其上下方的两个矩形是刚性收稿日期：2014-01．13板，下面的刚性板起支撑作用；上面的刚性板相当于作者简介：韩莉(199

7、0一)，女，硕士研究生，研究方向为混凝土动作动器，可在其上施加不同的速度来模拟不同冲击态力学性能数值模拟。基金项目：国家自然科学基金资助项目(51368048，11162015)；宁夏速度下的混凝土试验。大学大学生创新实验项目(13TSX09)三种不同尺寸的试件模型，分别为：直径74通讯作者：刘海峰(1975一)，男，教授，研究方向为材料和结构动态力学性能。mm、高70mm的圆柱体试件；边长为100mm的立E—mail：liuhaifeng1557@163．COrl方体试件；边长为150mm的立方体试件。进行二2015No．1韩莉，等：动荷载下水泥砂