本文關鍵詞：泡沫填充混凝土動靜態(tài)壓縮與機輪貫入行為分析

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【摘要】：隨著世界民航業(yè)的發(fā)展,飛機起飛和著陸期時意外滑出跑道的事故時有發(fā)生,而工程材料攔阻系統(tǒng)(Engineered Material Arresting System,EMAS)的研發(fā)與應用有效降低了事故造成的傷害。EMAS由具有特定力學性能的材料,如良好吸能效果的泡沫混凝土鋪設在機場跑道而成。泡沫填充混凝土(Foam Filled Concrete,FFC)是在水泥中加入聚苯乙烯泡沫(Expanded Polystyrene,EPS)顆粒制成的輕質(zhì)材料。該新材料由于吸能效果良好、性能穩(wěn)定、耐久性好等優(yōu)點有望代替易老化、低溫下攔阻性能差的泡沫混凝土而作為EMAS的新型攔阻材料。本文首先對FFC材料進行了準靜態(tài)壓縮實驗,建立了材料的準靜態(tài)壓縮本構關系。然后利用LS-DYNA在驗證數(shù)值模擬可靠性的基礎上,研究了材料在落錘沖擊荷載下的力學性能。最后結合縮比機輪動靜態(tài)貫入實驗,建立了縮比機輪準靜態(tài)貫入力學模型,并采用LS-DYNA軟件研究了FFC在縮比機輪沖擊貫入下的力學響應,分析了縮比率、沖擊速度、EPS體積含量等對貫入曲線和能量吸收性能的影響。具體研究內(nèi)容如下:(1)首先基于EMAS對攔阻材料性能要求的基礎上,制作了EPS體積含量從66.5%~84.0%的6種FFC試件,進行了準靜態(tài)單軸壓縮實驗,建立了材料的準靜態(tài)壓縮本構關系,并用實驗結果進行了本構關系的驗證,得到了考慮EPS體積含量影響的FFC材料準靜態(tài)壓縮本構關系,為后續(xù)的數(shù)值模擬提供了基礎數(shù)據(jù)。(2)在獲得了FFC材料準靜態(tài)壓縮本構關系的基礎上,利用LS-DYNA有限元軟件建立了落錘沖擊載荷下FFC宏觀各向同性有限元模型,得到了FFC材料在沖擊載荷下的力學響應曲線,在與落錘沖擊實驗結果對比驗證基礎上,分析了沖擊速度和EPS體積含量對FFC材料沖擊響應的影響。(3)進行了縮比機輪準靜態(tài)貫入實驗,對準靜態(tài)貫入中縮比機輪進行了受力分析,建立了FFC在縮比機輪準靜態(tài)貫入荷載下的力學模型,并與實驗進行對比驗證,討論分析了不同機輪縮比率和EPS體積含量下FFC的力學響應。最后,結合落錘沖擊貫入實驗和數(shù)值模擬,利用LS-DYNA有限元軟件建立了縮比機輪沖擊貫入FFC各向同性有限元模型,得到了材料沖擊響應曲線,在與落錘沖擊貫入實驗結果對比驗證的基礎上,研究了EPS體積含量和沖擊速度對FFC的沖擊貫入力學響應和能量吸收特性的影響。
【關鍵詞】：工程材料攔阻系統(tǒng) 泡沫填充混凝土 準靜態(tài)本構 落錘沖擊 準靜態(tài)貫入 沖擊貫入 數(shù)值分析
【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】：V351
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-19
• 1.1 引言12-14
• 1.1.1 研究背景12-14
• 1.1.2 研究意義14
• 1.2 泡沫混凝土力學性能研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3 泡沫填充混凝土混凝土力學性能研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3.1 泡沫填充混凝土準靜態(tài)力學性能研究16
• 1.3.2 泡沫填充混凝土動態(tài)力學性能研究現(xiàn)狀16-17
• 1.4 本文主要工作和內(nèi)容17-19
• 第二章 泡沫填充混凝土準靜態(tài)壓縮本構模型研究19-32
• 2.1 泡沫填充混凝土準靜態(tài)壓縮實驗19-22
• 2.1.1 實驗方案19-20
• 2.1.2 試件的制作20-21
• 2.1.3 泡沫填充混凝土試件彈性模量測量21-22
• 2.2 實驗結果分析22-25
• 2.2.1 壓縮應力-應變曲線22-24
• 2.2.2 泡沫填充混凝土的抗壓強度24-25
• 2.3 泡沫填充混凝土準靜態(tài)壓縮本構關系25-30
• 2.4 基于材料本構關系的力學性能討論30
• 2.5 本章小結30-32
• 第三章 泡沫填充混凝土沖擊壓縮力學性能研究32-57
• 3.1 泡沫填充混凝土落錘沖擊實驗32-42
• 3.1.1 實驗方案32-33
• 3.1.2 實驗結果處理33-42
• 3.2 落錘沖擊實驗的數(shù)值模擬42-47
• 3.2.1 有限元模型42-45
• 3.2.2 泡沫填充混凝土落錘沖擊實驗有限元模型驗證45-47
• 3.3 計算結果與分析47-56
• 3.3.1 落錘沖擊速度對泡沫填充混凝土沖擊力學性能影響48-49
• 3.3.2 EPS體積含量對泡沫填充混凝土沖擊力學性能影響49
• 3.3.3 沖擊響應特征值分析49-54
• 3.3.4 能量吸收分析54-56
• 3.4 本章小結56-57
• 第四章 機輪貫入下泡沫填充混凝土的力學響應57-80
• 4.1 縮比機輪準靜態(tài)貫入實驗57-59
• 4.1.1 實驗方案57-58
• 4.1.2 機輪準靜態(tài)貫入荷載作用下泡沫填充混凝土的力學性能58-59
• 4.2 機輪準靜態(tài)貫入荷載下泡沫填充混凝土的力學響應59-69
• 4.2.1 理論模型59-61
• 4.2.2 實驗驗證61-64
• 4.2.3 機輪縮比率對貫入力學響應的影響64-68
• 4.2.4 機輪準靜態(tài)貫入荷載中剪力的權重分析68-69
• 4.3 機輪動態(tài)貫入下泡沫填充混凝土的力學性能69-78
• 4.3.1 機輪沖擊貫入實驗69-71
• 4.3.2 有限元模型驗證71-73
• 4.3.3 機輪動態(tài)貫入力學響應討論73-78
• 4.4 本章小結78-80
• 總結與展望80-82
• 總結80-81
• 展望81-82
• 參考文獻82-86
• 攻讀碩士學位期間取得的研究成果86-87
• 致謝87-88
• 附件88

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本文編號：633629