确定海水集料混凝土真实应变率效应计算机动态仿真方法技术

本发明专利技术公开了一种确定海水集料混凝土真实应变率效应计算机动态仿真方法，利用海水集料混凝土的分离式Hopkinson压杆试验和相应的有限元分析模型，以实测的压杆试验入射波为有限元模型的输入应力波；选用扩展Drucker‑Prager模型作为海水集料混凝土基体的材料模型，不设定应变率效应，模拟单由侧向惯性约束效应引起的高应变率下海水集料混凝土强度增长；根据压杆试验得到的应变率效应、侧向惯性约束和端面摩擦引起的应变率效应，确定海水集料混凝土的真实应变率效应。本发明专利技术避免了设计复杂的试验将具有内壳体结构的海水集料混凝土真实应变率效应与侧向约束引起的应变率效应解耦，结果快速、准确，具有较好的实用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于土木工程材料和计算机应用
，尤其涉及一种确定海水集料混凝土真实应变率效应计算机动态仿真方法。
技术介绍
南海是国际远洋运输的重要通道，渔业、油气资源丰富，战略地位极其重要，为加强地区军事力量部署，维护海洋权益，我国已开始在南海依托天然岛礁进行大型军事及相关民用工程建设。但南海岛礁远离大陆，可利用的建筑资源匮乏，岛礁工程建设存在运输、施工困难和周期长等问题。同时，南海问题复杂而尖锐，南海面临的战争威胁大，对于已建岛礁工程设施，受敌武器打击的风险高。战时条件下，传统工程抢修抢建原材料就地储备、筹措难，远程投送滞后性大、不确定因素多，未来岛礁工程战时抢修抢建的材料与技术难题亟待解决。减少混凝土原材料用量，提高工程抢修抢建战略物资的储备和转化能力，实现部分原材料的就地取材，是解决岛礁工程战时抢修抢建问题的重要思路。专利技术专利ZL201318000238.0所涉及的一种海水集料自密实混凝土，以就地利用岛礁丰富海水资源生产混凝土原材料为出发点，通过特制高性能吸水树脂和复合外加剂等制备一种基于内壳体结构的新型自密实混凝土材料，实现岛礁工程混凝土粗骨料的就地取材和快速制备，大大减少混凝土原材料的运输量，降低远海岛礁工程建设成本，解决制约战时军事抢修抢建的瓶颈问题。海水集料混凝土目前已经在远海岛礁防波堤工程、场坪道路等工程建设中得到应用。海水集料混凝土在这些传统岛礁结构、道面等工程设施的实际应用中，除了承受静力荷载外，还可能要承受爆炸、冲击等动态荷载，如海浪冲击、飞机起降、武器攻击、设备意外撞击以及地震等。因此，在海水集料混凝土静态力学性能研究的基础上，需要进一步研究其动态力学特性，以便在海水集料混凝土结构等设计中合理考虑动荷载的因素，保证岛礁工程设施的安全性和可靠性。海水集料混凝土独特的内壳体结构使其具有多孔性材料相对密度低、波阻抗较小、具有明显的应变率强化效应等突出特性，可用于岛礁防护工程领域，在两个防护层中间添加海水集料混凝土构成多层复合结构，实现应力波衰减，降低爆炸冲击波对主要结构的破坏。因此，无论对于用海水集料混凝土路面、结构等普通工程，还是将海水集料混凝土用于岛礁防护工程，都需要研究海水集料混凝土的动态力学特性。目前，通常利用分离式霍普金森压杆(SplitHopkinsonPressureBar,SHPB)实验技术测试混凝土类材料的动态力学性能，核心是确定混凝土类材料的应变率效应，特别是抗压强度的应变率效应。已有研究表明，在SHPB试验中混凝土力学性能表现出来的应变率效应，主要由材料本身的应变率效应(真实应变率效应)和侧向约束效应等共同作用产生的结果，侧向约束效应包括测向惯性约束效应和端面摩擦效应。海水集料混凝土SHPB实验表明，海水集料混凝土的实验应变率效应随孔洞率增加而增加，为指导岛礁工程设计，保证结构安全，准确分析对防护工程的防护性能影响，需要排除不同孔洞率海水集料混凝土SHPB实验中的测向惯性约束效应和端面摩擦效应，获得真实应变率效应。通过实验手段确定SHPB实验材料真实应变率效应较困难，采用计算机仿真的方法更加简单可靠，而目前没有相关文献资料对具有独特内壳体结构海水集料混凝土SHPB试验中的侧向惯性约束效应和端面摩擦效应进行研究和探讨，进而确定海水集料混凝土的真实应变率效应。通过实验手段确定SHPB实验材料真实应变率效应较困难；原因：在冲击荷载下试样的惯性客观存在，因此SHPB试验的结果必然同时包含：试样惯性所致约束效应引起的应变率效应；试样材料本身的应变率效应。目前还没有人提出试验方法将这两个效应分离。目前没有相关文献资料对具有独特内壳体结构海水集料混凝土SHPB试验中的侧向惯性约束效应和端面摩擦效应进行研究和探讨；原因：具有独特内壳体结构海水集料混凝土2013年才被专利技术(专利技术专利ZL201318000238.0)，目前对于海水集料混凝土力学性能的研究仅限于静态和准静态加载的情况，还没有人利用SHPB试验装置对海水集料混凝土进行冲击加载下的动态力学性能研究。更不用说本专利涉及的，对海水集料混凝土SHPB试验中的侧向惯性约束效应和端面摩擦效应进行深入研究和探讨。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种确定海水集料混凝土真实应变率效应计算机动态仿真方法，旨在解决防护工程设计中准确考虑多孔混凝土材料应变率效应的问题。本专利技术是这样实现的，一种确定海水集料混凝土真实应变率效应计算机动态仿真方法，所述确定海水集料混凝土真实应变率效应计算机动态仿真方法综合利用海水集料混凝土的分离式Hopkinson压杆试验和相应的有限元分析模型，以实测的压杆试验入射波为有限元模型的输入应力波；选用扩展Drucker-Prager模型作为海水集料混凝土基体的材料模型，在扩展Drucker-Prager模型中不设定应变率效应，模拟单由侧向惯性约束效应引起的高应变率下海水集料混凝土强度增长；设定试样与压杆接触面的摩擦系数，模拟由侧向惯性约束效应和端面摩擦效应共同引起的高应变率下海水集料混凝土强度增长；根据SHPB试验得到的应变率效应、侧向惯性约束和端面摩擦引起的应变率效应，确定海水集料混凝土的真实应变率效应。进一步，所述有限元模型的建立方法包括：1)球形孔个数确定，将半径为R、高度为H的圆柱体试样用等体积的长方体试样代替，令长方体横截面为边长L的正方形，高度仍为H，球形孔的半径为r，其体积含量为X，利用圆柱体试样和长方体试样的体积相等πR2H＝L2H，可以得长方体试样的截面边长长方体试样中球孔的数量为N，球形孔的个数为：N＝3L2HX/4πr3；2)球形孔的分布计算，设长方体试样中球孔所占立方体空间的边长为B(B≥r)，则B3N＝L2H，得到因此在试样方形截面的每条边上可排布的球孔个数n＝{L/b本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种确定海水集料混凝土真实应变率效应计算机动态仿真方法，其特征在于，所述确定海水集料混凝土真实应变率效应计算机动态仿真方法综合利用海水集料混凝土的分离式Hopkinson压杆试验和相应的有限元分析模型，以实测的压杆试验入射波为有限元模型的输入应力波；选用扩展Drucker‑Prager模型作为海水集料混凝土基体的材料模型，在扩展Drucker‑Prager模型中不设定应变率效应，模拟单由侧向惯性约束效应引起的高应变率下海水集料混凝土强度增长；设定试样与压杆接触面的摩擦系数，模拟由侧向惯性约束效应和端面摩擦效应共同引起的高应变率下海水集料混凝土强度增长；根据压杆试验得到的应变率效应、侧向惯性约束和端面摩擦引起的应变率效应，确定海水集料混凝土的真实应变率效应。

【技术特征摘要】
1.一种确定海水集料混凝土真实应变率效应计算机动态仿真方法，其特征在于，所述确定海水集料混凝土真实应变率效应计算机动态仿真方法综合利用海水集料混凝土的分离式Hopkinson压杆试验和相应的有限元分析模型，以实测的压杆试验入射波为有限元模型的输入应力波；选用扩展Drucker-Prager模型作为海水集料混凝土基体的材料模型，在扩展Drucker-Prager模型中不设定应变率效应，模拟单由侧向惯性约束效应引起的高应变率下海水集料混凝土强度增长；设定试样与压杆接触面的摩擦系数，模拟由侧向惯性约束效应和端面摩擦效应共同引起的高应变率下海水集料混凝土强度增长；根据压杆试验得到的应变率效应、侧向惯性约束和端面摩擦引起的...

【专利技术属性】
技术研发人员：程华，周凌，邓智平，
申请(专利权)人：中国人民解放军后勤工程学院，
类型：发明
国别省市：重庆;50