目的:水泥基材料在动态荷载下会有压力相关性、应变率相关性、加载路径相关性以及应变软化等特性.根据现有水泥基材料的实验数据,本文旨在建立能够较为准确描述超高韧性水泥基复合材料在动态荷载作用下的显式动态本构模型,为超高韧性水泥基复合材料在防护工程中的应用提供科学依据.
创新点:1. 提出了一个连续、光滑和外凸的屈服面,并且该屈服面可以将拉压损伤分开考虑; 2. 建立了可以反映超高韧性水泥基复合材料拉伸延性和多缝开裂现象的损伤方程; 3. 将体积损伤引入到本文所提出的模型当中.
方法:1. 将提出的模型嵌入到LS-DYNSA软件当中,并利用该模型模拟超高韧性水泥基复合材料在单轴拉伸/压缩、双轴压缩、三轴围压下的应力应变曲线,并与实验结果对比,验证模型的准确性; 2. 利用该模型、HJC模型和K&C模型预测不同应变率下超高韧性水泥基复合材料单轴拉伸/压缩下的应力应变曲线以及特定应变率下超高韧性水泥基复合材料的单轴拉伸、双轴拉伸和三轴拉伸应力应变曲线,并通过对比实验,验证超高韧性水泥基复合材料动态本构模型在静态和动态加载条件下的正确性; 3. 模拟在一定炸药埋置深度下超高韧性水泥基复合材料靶体的破坏形态和超高韧性水泥基复合材料靶体在弹速冲击下的破坏数据,并与实测结果进行对比,验证本文模型的准确性.
结论:1. 建立的超高韧性水泥基复合材料动态力学本构模型不仅考虑了压力相关性、应变软化、应变率效应和应力路径相关性,而且可以反映超高韧性水泥基复合材料的延性拉伸特性; 2. 将所提模型嵌入LS-DYNA软件,可以模拟超高韧性水泥基复合材料在静态加载速率下的单轴拉伸/压缩、双轴压缩和三轴围压应力应变曲线,并且与实验结果接近且能更好地反映超高韧性水泥基复合材料的基本力学性能; 3. 与HJC模型和K&C模型对比发现,只有所提模型可以全面而准确地描述不同应变率下超高韧性水泥基复合材料的应变率特性; 4. 与实验结果对比显示,本文提出的本构模型相较于HJC模型可以更为准确地预测超高韧性水泥基复合材料靶体抗爆漏斗坑的大小、侵彻深度和裂纹扩展情况.

关键词组：HJC模型;超高韧性水泥基复合材料;动态本构关系;爆炸;侵彻;数值模拟

目的:在加筋土结构中的土工带有拉伸断裂和拔出两种失效模式.研究土工带的变形对预测加筋土结构的潜在滑裂面具有重要意义.为了研究在拉伸断裂和拔出这两种不同失效模式下土工带的变形特征,本文在不同法向压力下对不同长度的传感型土工带开展拉拔试验.
创新点:1. 传感型土工带具有拉敏效应和自检测功能,可以实现土工带在拉伸过程中的应变分布式测量; 2. 提出了两种失效模式之间的临界线,该临界线考虑了法向压力和筋材有效长度两个参数,可用于筋材失效模式的初步判断; 3. 根据传感型土工带的变形特征,提出了用于初步预判失效模式的预警准则.
方法:1. 利用传感型土工带的自检测功能,得到拉拔试验过程中筋材应变的分布情况,并进一步分析得到筋材轴向应力和筋材位移的分布情况; 2. 根据不同筋材长度和在不同法向压力下的拉拔试验结果,反向拟合得出两种失效模式之间的临界线; 3. 通过分析传感型土工带的应变、应力和位移分布结果,总结得出两种失效模式下土工带的变形特征.
结论:1. 提出的两种失效模式之间的临界线考虑了筋材长度和法向压力两种因素,可对筋材失效模式进行初步判断. 2. 根据传感型土工带分布式检测结果和变形特征,建立了用于判断两种失效模式的预警准则;加筋土结构中的筋材在潜在滑裂面处出现应变峰值,且筋材变形从滑裂面处开始向两侧逐步发展;一旦筋材末端应变不再为零,则筋材易被拔出;若筋材末端应变为零,同时滑裂面处筋材应变极值达到断裂伸长率,则筋材易断裂;该准则可用于判断和识别加筋土结构的潜在失效模式.

关键词组：土工合成材料;传感型土工带;失效模式;变形特征;拉拔试验

目的:探索混凝土重力坝在水下爆炸荷载作用下的破坏模式和破坏机理.
方法:1. 利用离心机试验和数值模拟对混凝土重力坝在水下爆炸荷载下的破坏模式进行对比研究; 2. 结合水下爆炸的物理过程,对大坝破坏模式的产生机理进行分析,并利用应变历史对其进行验证.
结论:1. 混凝土重力坝较薄的上部易受破坏,且在下游拐角位置可以观察到水平断裂. 2. 在大坝下部约1/3位置处,可观察到另一拉伸断裂;该断裂主要受上游面的弯曲拉应力控制,使该断裂向下游发展. 3. 一些在历史战争中产生的大坝破坏具有相似的破坏模式,即通常在大坝上部出现不同深度的溃口;这种失效模式与本研究的结果一致. 4. 坝体下部拉伸断裂的位置决定了溃口的深度.

关键词组：离心机试验;数值模拟;混凝土重力坝;水下爆炸;弯曲破坏

目的:1. 通过添加纳米级粘土以调节超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)的微观结构,从而提高其抗渗性能. 2. 研究不同用量的纳米级粘土对UHTCC的力学性能、裂纹形态、孔结构、孔隙率及渗透性的影响规律,并阐释其抗渗机理.
创新点:1. 通过控制纳米级粘土的掺量,在不明显降低抗压强度的前提下,明显改善UHTCC的抗渗性能; 2. 通过综合分析孔结构、试件受弯裂缝和跨中挠度等,揭示粘土掺量对UHTCC的力学性能及抗渗性能的影响规律.
方法:综合利用轴压试验、四点弯曲试验、抗渗试验、压汞试验和扫描电镜微观观测,系统分析纳米粘土用量对UHTCC的抗压强度、弯曲性能、孔结构及抗渗性能的影响,并尝试阐明抗渗性能提升机理.
结论:1. 添加质量分数为1%的纳米级粘土对UHTCC的抗压强度几乎没有影响;超过该用量,材料的抗压强度将随粘土用量的增加而逐渐降低;当纳米级粘土的添加量从0%增加到6%时,弯曲强度从约10 MPa降低到约6 MPa,但所有UHTCC的最大跨中挠度基本相同,约为5 mm,说明适当掺量的纳米级粘土不会降低UHTCC的弯曲变形能力. 2. 添加了1%纳米级粘土的UHTCC的孔隙率最小(为31.75%),阈值孔径为183.13 nm,抗渗压力最大(为1.8 MPa),且渗透时间最大(为19 h);其优异的抗渗性能可归因于纳米级粘土的填充和异质形核效应. 3. 分散良好的纳米级粘土薄片使水分子渗透路径变得曲折,从而延长了渗水路程,但过量的纳米级粘土(>2%)会导致纳米团聚,并形成团簇缺陷,从而恶化抗渗性能.

关键词组：纳米粘土;渗透性;孔结构;水泥基复合材料;应变硬化

目的:电子设备的局部过热问题对散热系统的设计提出了新的考验. 针对传统被动式散热技术调节困难、调节代价大等问题,本文提出使用压电风扇作为控制元件对管内局部过热区域进行主动对流换热效果强化的方案,期望通过实验与数值模拟研究掌握压电风扇在管内横流作用下的流动控制特性及强化传热机理,为压电风扇在实际工程中的应用提供理论指导.
创新点: 1. 通过基于等温设计的实验系统测试加热面在压电风扇作用下的时均努塞尔数,并证明压电风扇对管内局部区域对流换热效果的强化能力; 2. 通过数值模拟分析压电风扇的纵向涡产生特性并解释纵向涡对局部对流换热效果的强化机理.
方法:1. 利用铜热沉导热快、热容大等特性建立定常的等温换热面,并测量得到等温壁面在压电风扇作用下的时均努塞尔数; 2. 使用基于动网格技术的数值模拟,得到压电风扇作用下的流场与温度场信息,分析压电风扇的流动控制特性,并解释压电风扇强化局部对流换热的机理; 3. 通过参数化研究说明振幅和来流雷诺数对压电风扇强化对流换热效果的影响.
结论:1. 压电风扇的振动可以显著地强化管内局部区域的对流换热性能; 2. 压电风扇引起的对流换热强化主要来自其振动产生的纵向涡对; 3. 压电风扇的振动对管内流动压降的影响较小.

关键词组：压电风扇;局部对流换热强化;受迫对流;纵向涡;压降