[发明专利]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

摘要

本发明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。

主权项

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应变率效应，确定海水集料混凝土的真实应变率效应；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，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，得到在试样方形截面的每条边上排布的球孔个数n＝{L/B}，“{}”表示向下取整；长方体试样内沿着厚度方向可摆放m层球孔，m为正整数；并每层厚度为h，则m＝{H/h}；3)海水集料混凝土试样网格划分，采用六面体网格划分海水集料混凝土试验；采用结构化的网格划分方法，首先是对每个立方体球孔胞元进行结构化网格划分，然后进行阵列，生成单层孔结构的试样，最后将单层试样按既定层数进行组合，生成整个混凝土试样；具体划分时，对于最初的立方胞元，首先是对八分之一立方胞元生成结构化网格，随后将这些已划分网格的八分之一胞元进行网格合并，通过设置适当的容差，得到单个结构化网格立方胞元，然后将得到的立方胞元进行阵列，最后将单层试样进行组合得到整个试样；所述材料模型的选择：1)入射杆和透射杆采用线弹性材料模型；2)海水集料混凝土基体采用扩展Drucker‑Prager模型，选用线性屈服面和关联流动法则，描述硬化规律的等效应力取单轴抗压强度f_cs、等效塑性应变摩擦角β通过常规三轴试验确定，取值范围为42°～50°，扩张角ψ取值与摩擦角β的取值相等，偏平面参数K＝1；3)采用简化曲线描述海水混凝土基体单轴抗压力学行为，该简化曲线从开始加载到抗压强度f_cs之前的应力应变为线性关系，达到抗压强度f_cs之后依次是应变软化阶段和残余强度阶段；所述计算海水集料混凝土真实应变率效应：材料真实应变率效应产生的动态强度增长因子DIF‑f_c,r＝DIF‑_cf‑DI‑F_cdf_l,a‑tμ+1。