【摘要】：鋼-PVA混雜纖維混凝土(Steel and PVA Hybrid Fiber Concrete,簡稱S-PHFC)可以阻止混凝土內部初始微裂紋的發(fā)展,控制宏觀裂縫的開展速度,提高其強度、抗沖擊性和抗裂性能、韌性等。在一些易受沖擊、爆炸等動力荷載作用的工程領域,混雜纖維混凝土的力學性能發(fā)揮得更加顯著,具有廣闊的應用前景。由于鋼纖維和PVA纖維在混凝土中亂向分布,因此S-PHFC是一種性能極為復雜的材料,對它的力學性能的研究至今尚未完善,其在動力荷載下的本構研究更少。本文首先對國內外關于混雜纖維混凝土的發(fā)展歷程、本構研究和數(shù)值模擬現(xiàn)狀進行簡要的綜述,闡述了六種常用的混凝土類材料的動態(tài)本構模型,并對每個本構模型作了詳細分析。HJC模型是應用比較多且研究相對來說比較成熟的混凝土動態(tài)本構模型,但是原始的HJC本構模型并不適用含有一定體積分數(shù)的鋼纖維和PVA纖維的混雜纖維混凝土,于是基于課題組鋼-PVA混雜纖維混凝土沖擊壓縮實驗,考慮纖維的增強作用和應變率效應,本文提出改進HJC動態(tài)本構模型,利用有限元軟件LS-DYNA進行數(shù)值擬合,得到了以下成果:(1)闡述了鋼纖維和PVA纖維對混雜纖維混凝土的增強、阻裂和增韌作用基本原理,考慮兩種纖維的共同作用,結合SHPB實驗數(shù)據(jù),得出了不同纖維含量和不同應變率下的纖維增強因子、增韌增益指標和應變率增長因子公式。(2)鋼-PVA混雜纖維混凝土同混凝土一樣都具有應變率敏感性,且動態(tài)增強系數(shù)與對數(shù)應變率呈雙折線關系。當對數(shù)應變率低于某個值時,動態(tài)增強系數(shù)DIF基本維持不變,但當對數(shù)應變率超過該閥值時,DIF隨對數(shù)應變率增大而增大,并擬合出了此階段的公式。(3)對鋼-PVA混雜纖維混凝土的損傷因子進行了討論,并擬合出計算損傷因子的方法。(4)考慮鋼-PVA纖維的增強作用和應變率效應,提出了改進的HJC動態(tài)本構模型,為材料的數(shù)值模擬奠定基礎。(5)實現(xiàn)了鋼-PVA混雜纖維混凝土沖擊響應的有限元數(shù)值模擬,模擬結果與實驗結果吻合度高,說明數(shù)值模擬是可靠的,本文改進的HJC動態(tài)本構是適于本實驗的。
[Abstract]:Steel-PVA hybrid fiber reinforced concrete (Steel and PVA Hybrid Fiber Concrete,) can prevent the development of initial micro-cracks in concrete, control the development speed of macroscopic cracks, improve its strength, impact resistance, crack resistance, toughness and so on. In some engineering fields where dynamic loads such as shock and explosion are applied, the mechanical properties of hybrid fiber reinforced concrete are more prominent and have a broad application prospect. Due to the random distribution of steel fiber and PVA fiber in concrete, S-PHFC is a kind of material with very complex properties. The study of its mechanical properties is not perfect, and the constitutive study of S-PHFC under dynamic load is even less. In this paper, the development history, constitutive research and numerical simulation of hybrid fiber reinforced concrete at home and abroad are summarized briefly, and the dynamic constitutive models of six kinds of common concrete materials are expounded. Each constitutive model is analyzed in detail. HJC model is a relatively mature dynamic constitutive model of concrete. However, the original HJC constitutive model is not suitable for hybrid fiber concrete with certain volume fraction of steel fiber and PVA fiber. Considering the reinforcing effect of fiber and strain rate effect, the improved HJC dynamic constitutive model is proposed in this paper. The numerical simulation results are obtained by using finite element software LS-DYNA. The following results are obtained: (1) the reinforcement of hybrid fiber concrete by steel fiber and PVA fiber is expounded. Based on the basic principle of anti-cracking and toughening, considering the joint action of the two fibers and combining with the experimental data of SHPB, the fiber reinforcement factors with different fiber contents and different strain rates are obtained. (2) Steel-PVA hybrid fiber reinforced concrete is as sensitive to strain rate as concrete, and the dynamic enhancement coefficient has a double linear relationship with logarithmic strain rate. When the logarithmic strain rate is lower than a certain value, the dynamic enhancement coefficient (DIF) remains basically unchanged, but when the logarithmic strain rate exceeds the threshold, the DIF increases with the increase of the logarithmic strain rate. The formula of this stage is fitted. (3) the damage factor of steel-PVA hybrid fiber concrete is discussed, and the method of calculating damage factor is fitted out. (4) the reinforcement and strain rate effect of steel PVA fiber are considered. An improved HJC dynamic constitutive model is proposed, which lays a foundation for the numerical simulation of the material. (5) the finite element numerical simulation of the impact response of steel PVA hybrid fiber reinforced concrete is realized. The simulation results are in good agreement with the experimental results, which shows that the numerical simulation is reliable. The improved HJC dynamic constitutive model is suitable for this experiment.
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TU528

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本文編號：2186021