静动态混凝土半圆弯拉实验的数值模拟

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1、静动态混凝土半圆弯拉实验的数值模拟NumericalsimulationofSemir-circularbendingtestforconcreteunderquasi-staticanddynamicloadingconditions作者姓名耿宁宁学位类型学历硕士学科、专业固体力学研究方向工程结构实验技术和动态模拟导师及职称巫绪涛副教授、李和平教授2013年04月致谢研究生的学习生活即将结束，将近三年的学习生活使我受益匪浅。经历两年的学习和大半年时间的磨砺，我的硕士毕业论文终于完稿。在此过程中，我得到了许多的关怀和帮助，现在要向他们表达我最诚挚的谢意。文章是在导

2、师巫绪涛副教授和李和平教授的悉心指导下完成的，尤其感谢巫老师这三年来对我的辛勤教育和关怀。在论文的选题、搜集资料和写作阶段，巫老师都倾注了极大的关怀和鼓励。在模型建立的最初阶段，巫老师给我提出了宝贵的意见，每当我计算出现问题，巫老师总会细心指导，和我一起找出问题所在；每当我遇到困难时，巫老师总会放下繁忙的工作，不厌其烦地指导我；在我初稿完成之后，巫老师又在百忙之中抽出空来对我的论文认真的批改，提出许多中肯的指导意见。他严谨的治学之风和对事业的孜孜追求将影响和激励我的一生，他对我的关心和教诲我将永远铭记。借此机会，我特向巫老师致以深深地谢意。感谢力学系的孟益平老师和

3、董钢老师，在我研究生学习阶段和论文撰写过程中给予的热心帮助和指导。同时感谢土木与水利工程学院的各位领导和老师，他们辛勤的工作和教学，为我研究生的学习和论文写作打下了坚实的基础，也使我为今后的工作的做足了准备。感谢我的师兄徐沛保、师姐包海玲、同门严龙胜、蒋兆晖，在这几年求学过程中，他们教会了我很多，给予了我很多帮助，以及师弟胡凤辉、张振在我论文写作过程中提供的帮助。同时感谢和我一起度过研究生生活的各位同学兄弟。最后，特别感谢我的父亲耿显灵、母亲李素芹对我多年的培养教育、对我学习的大力支持和鼓励，以及对我的默默付出和无私奉献。你们一直是我坚强的后盾和前进的动力，再次感

4、谢你们。感谢各位专家、教授在百忙之中抽出时间对我硕士论文的审阅与建议。作者：耿宁宁2013年3月3日静动态混凝土半圆弯拉实验的数值模拟摘要本文对静态和动态混凝土半圆弯拉实验进行了数值模拟，研究了半圆弯拉试样在不同条件下的静态和动态力学行为，并拟合了相关公式。首先，在静态作用下，对不同泊松比、加载宽度和不同支座间距LD/的半圆弯拉(SCB)试样进行了数值模拟，分析泊松比、加载宽度和支座间距的影响，拟合了相关的公式。模型中增加了实验中真实的圆棒垫条，采用接触的方式进行加载，使整个模拟过程更接近实验，继而获得更真实的模拟数据，拟合公式也更加精确。其次，在动态作用下，采用

5、LS/DYNA程序对基于分离式Hopkinson压杆(简称，SHPB)装置的高应变率半圆弯拉(简称，SCB)实验进行了数值模拟。模拟结果表明，与巴西圆盘(简称，BD)实验相比，SCB实验用于测量脆性材料动态间接拉伸强度具有显著优点。首先是各种入射波形状下，试样动态力平衡对实验精度的影响较小。主要表现在两个方面：1)试样最大拉应力点位置固定；2)基于静态弹性理论的试样最大拉应力计算方法的精度较高。其次，SCB实验有利于增大试样最大拉应力和压应力比值，脆性材料更易实现拉伸破坏。模拟结果还发现：1)动态SCB实验中计算试样最大拉应力不适合采用三波法，应直接由透射波计算。

6、2)试样顶端圆棒垫条会产生一定程度的应力集中，采用BD实验中的圆弧垫块可以很好解决该问题。另外，由于SCB实验中试样各点为复杂应力状态，因此在实验中确保实现拉伸破坏是衡量其有效性的重要因素。采用脆性材料常用的Griffith强度理论进行分析，并按其理论公式计算等效应力，验证了动态SCB实验有效性。关键词：数值模拟；固体力学；SCB实验；BD实验；霍普金森压杆；应变率；静力平衡；动力平衡NumericalsimulationofSemir-circularbendingtestforconcreteunderquasi-staticanddynamicloading

7、conditionsAbstractInthispaper,thestaticanddynamicconcretebendingexperimentsweresimulatedtoresearchmechanicalbehaviorsunderthedifferentstaticanddynamicforceequilibriumconditions,andthecorrelateformulaswasfitted.Firstofall,finiteelementprogramwasusedinthenumericalsimulationsofsemi-circu

8、larbe