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基于随机骨料仿真的CRTSⅡ轨道温度场分析

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工程力学 2023年第S01期40卷 113-119页

作者：李文滨康宽彬崔现良肖林发陈华鹏华东交通大学交通运输工程学院江西南昌330013 中铁建设集团有限公司北京100040

无砟轨道因温度作用产生的损伤会影响高速铁路运营的安全性,所以对其温度场的精确求解是重要的。该文为了获得细观尺度下无砟轨道温度场,基于混凝土随机骨料分布算法以及传热学原理建立细观尺度CRTSⅡ型轨道二维传热有限元模型。通过实... 详细信息

无砟轨道因温度作用产生的损伤会影响高速铁路运营的安全性,所以对其温度场的精确求解是重要的。该文为了获得细观尺度下无砟轨道温度场,基于混凝土随机骨料分布算法以及传热学原理建立细观尺度CRTSⅡ型轨道二维传热有限元模型。通过实测数据验证模型可靠性后,分析细观尺度轨道内部温度场时变规律和空间分布规律,并研究轨道板粗骨料最大粒径和粗骨料分布不均两个因素对轨道板温度场的影响。研究结果表明:不同时刻细观尺度轨道结构温度场随深度非线性变化;在轨道结构中心位置处等温线基本平行于地面,但在局部发生起伏;砂浆内热流方向多指向骨料所在位置,且优先通过粗骨料组成的通道进行传递;粗骨料最大粒径和不均匀分布两因素对轨道板中线不同深度的温度影响几乎可不计。

关键词：无砟轨道随机骨料传热学有限元温度场

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基于随机骨料投放的堆石混凝土断裂性能研究

基于随机骨料投放的堆石混凝土断裂性能研究

作者：齐博沈阳工业大学

学位级别：硕士

堆石混凝土(Rock-Filled Concrete,简称RFC)由自密实混凝土(SCC)、大粒径的骨料以及两者之间的界面过渡区(ITZ)组成。在以往的试验研究中,因堆石混凝土体积过大,很难制作足够大的试件分析其破坏机理。作为新型筑坝材料,对其各项力学性... 详细信息

堆石混凝土(Rock-Filled Concrete,简称RFC)由自密实混凝土(SCC)、大粒径的骨料以及两者之间的界面过渡区(ITZ)组成。在以往的试验研究中,因堆石混凝土体积过大,很难制作足够大的试件分析其破坏机理。作为新型筑坝材料,对其各项力学性能的研究也亟需完善。将其看作均质材料的有限元模拟也不能真实反映材料内部变化规律。基于前人的研究成果,对堆石混凝土的断裂性能主要做了如下工作:(1)基于Matlab与Python对Abaqus前处理进行二次开发,自主编写程序生成满足模拟要求的二维、三维随机骨料有限元模型。Matlab与Abaqus没有直接相互转化的接口,为了解决这一问题,自定义函数,用输出结点坐标的方式,通过Auto CAD实现编程软件与有限元软件Abaqus之间的交互。(2)通过二维单边缺口梁的三点弯曲数值模拟,得出其损伤路径始于预制裂缝尖端,并沿SCC以及ITZ处损伤。基于预插内聚力单元的方法,分别在堆石率为45%、55%、65%的RFC梁SCC与ITZ处插入内聚力单元,模拟RFC梁的断裂过程,揭示不同堆石率RFC的断裂机理。(3)基于断裂模型提取加载过程中的荷载—挠度(P-δ)曲线与荷载—裂纹嘴张开位移(P-CMOD)曲线,通过-曲线计算断裂能大小。基于P-CMOD曲线计算RFC的双K断裂模型参数。根据断裂能以及双K参数的数值,从断裂角度得出55%的堆石率为RFC的最优配比。(4)基于断裂性能得出的最佳配比,通过三维随机多面体生成算法,建立55%堆石率堆石混凝土重力坝有限元模型。在空库状态下,采用串联法、并联法、有限元法预测堆石混凝土重力坝等效弹性模量,得出不同SCC等级对等效弹性模量的影响规律,作为RFC力学材料参数的补充。对施加重力、扬压力以及静水压力的重力坝进行受力分析,得到重力坝最不利位置为坝踵和折坡点处。对堆石混凝土材料损伤断裂机理的模拟结果,断裂能以及双K模型参数的计算,重力坝等效弹性模量的预测,在正常受力状态下的最不利位置可以作为工程中的理论参考与设计的理论指导。

关键词：堆石混凝土随机骨料断裂能双K模型等效弹性模量

基于随机骨料模型的EPS混凝土粒子尺寸效应分析

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材料导报 2018年第18期32卷 3146-3153页

作者：胡俊王杰李兆瑞吴德义安徽建筑大学土木工程学院合肥230601

建立基于随机分布的EPS混凝土细观力学模型,对EPS混凝土的受压损伤破坏过程进行数值模拟,分析EPS混凝土的损伤破坏过程。研究表明,EPS混凝土的损伤破坏有两种形态,即延性破坏和脆性破坏。延性破坏与EPS颗粒的面积占有率、断裂过程区长... 详细信息

建立基于随机分布的EPS混凝土细观力学模型,对EPS混凝土的受压损伤破坏过程进行数值模拟,分析EPS混凝土的损伤破坏过程。研究表明,EPS混凝土的损伤破坏有两种形态,即延性破坏和脆性破坏。延性破坏与EPS颗粒的面积占有率、断裂过程区长度有关;脆性破坏与EPS颗粒的面积占有率、粒径大小以及颗粒间距有关。在EPS颗粒面积占有率较低的情况下,EPS混凝土的粒子尺寸效应对混凝土力学性能的影响较明显,在较高面积占有率的情况下,粒子尺寸效应对其影响较小。随着EPS颗粒面积占有率的增加,EPS混凝土损伤破坏由脆性破坏向延性破坏转变。建立基于损伤力学与断裂力学的粒子尺寸效应数学模型,用数值模拟进行验证,发现两者吻合较好。

关键词： EPS混凝土随机骨料粒子尺寸效应断裂过程区几何特征长度

基于随机骨料模型的EPS混凝土细观力学特性分析

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应用力学学报 2017年第4期34卷 802-808页

作者：胡俊王杰李兆瑞吴德义安徽建筑大学土木工程学院合肥230601

利用有限元分析软件,建立基于随机分布的EPS混凝土细观力学模型。对EPS混凝土的受压损伤破坏过程进行数值模拟,分析EPS颗粒面积占有率、排列方式、形状对EPS混凝土力学性能的影响。结果表明:当EPS颗粒面积占有率较小时,EPS混凝土的破坏... 详细信息

利用有限元分析软件,建立基于随机分布的EPS混凝土细观力学模型。对EPS混凝土的受压损伤破坏过程进行数值模拟,分析EPS颗粒面积占有率、排列方式、形状对EPS混凝土力学性能的影响。结果表明:当EPS颗粒面积占有率较小时,EPS混凝土的破坏表现出明显的脆性破坏,随面积占有率的增加,EPS混凝土破坏逐渐由脆性破坏转化为延性破坏;EPS颗粒含量较低时,规则分布与随机分布对混凝土应力-应变关系影响较小;随着EPS颗粒面积占有率的增加,规则分布较随机分布具有更大残余应力;相同面积占有率下,规则分布较随机分布脆性指数更小,规则分布表现出更好的延性;当EPS颗粒形状为三角形时,EPS混凝土应力最大延性最好,正方形时应力最小延性最差,形状为圆形和五角形时,EPS混凝土应力-应变关系与脆性指数相接近。

关键词： EPS混凝土随机骨料形状因子脆性指数面积占有率

基于随机骨料仿真的CRTSⅡ轨道温度场分析

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基于随机骨料仿真的CRTSⅡ轨道温度场分析

第31届全国结构工程学术会议

作者：李文滨陈华鹏华东交通大学交通运输工程学院

本文基于混凝土骨料随机分布算法以及传热学原理,建立高速铁路CRTSⅡ型轨道结构二维温度场有限元模型。以ASHRAE晴空模型计算太阳辐射强度,采用角系数方法计算轨道表面间相互热辐射。在验证模型有效性的基础上,分析基于随机骨料仿真的... 详细信息

本文基于混凝土骨料随机分布算法以及传热学原理,建立高速铁路CRTSⅡ型轨道结构二维温度场有限元模型。以ASHRAE晴空模型计算太阳辐射强度,采用角系数方法计算轨道表面间相互热辐射。在验证模型有效性的基础上,分析基于随机骨料仿真的轨道结构内部温度特性时变规律和空间分布规律。研究结果表明:不同时刻随机骨料轨道结构内温度场随深度非线性变化,且温度曲线在局部发生起伏。在轨道结构中心位置处等温线基本平行于地面,但在局部发生起伏。轨道结构表面的角系数不同对太阳辐射吸收有重要影响,进而影响温度场分布。

关键词：随机骨料传热学有限元无砟轨道温度场

来源： cnki会议评论

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基于随机骨料分布的混凝土冻融破坏数值模拟

基于随机骨料分布的混凝土冻融破坏数值模拟

第32届全国结构工程学术会议

作者：张恺王茂华尹志刚陈晨韩伟濛中国水利水电科学研究院长春工程学院吉林省水工程安全与灾害防治工程实验室清华大学土木工程系

冻融破坏是影响寒区水工混凝土结构安全与耐久性的关键性问题。建立了考虑随机骨料分布的混凝土细观数值模型,分析了冻融环境下的骨料分布类型和冻融循环次数对内部温度场、应力场及冻融劣化规律的影响。研究结果表明:考虑随机骨料分布... 详细信息

冻融破坏是影响寒区水工混凝土结构安全与耐久性的关键性问题。建立了考虑随机骨料分布的混凝土细观数值模型,分析了冻融环境下的骨料分布类型和冻融循环次数对内部温度场、应力场及冻融劣化规律的影响。研究结果表明:考虑随机骨料分布后,会明显改变混凝土试块内部的温度场和应力场的分布特征,温度场由表及里随深度呈非线性变化,且不同路径处温度应力存在波动起伏;随着骨料形状的改变,应力分布的差异性和非均匀性会更加明显;建立的随机骨料分布模型可有效模拟混凝土内部的冻融损伤演化过程,在温度循环应力作用下,微裂纹首先出现在骨料与水泥砂浆的黏结面处,随着冻融循环次数的增加,微裂纹会绕过骨料逐渐形成贯穿性网状裂隙带。

关键词：混凝土随机骨料温度场冻融破坏数值模拟

来源： cnki会议评论

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随机骨料模型的产生方法探讨与软件开发

随机骨料模型的产生方法探讨与软件开发

作者：季研洲西北农林科技大学

学位级别：硕士

混凝土的级配和骨料形状等对其宏观力学特性有着直接的影响。随机骨料模型是进行混凝土细观力学数值模拟分析的前提和基础。针对随机游走骨料模型的建立及其过程的可视化,本文主要做了以下工作:(1)总结目前各种随机骨料模型的产生算法,... 详细信息

混凝土的级配和骨料形状等对其宏观力学特性有着直接的影响。随机骨料模型是进行混凝土细观力学数值模拟分析的前提和基础。针对随机游走骨料模型的建立及其过程的可视化,本文主要做了以下工作:(1)总结目前各种随机骨料模型的产生算法,对构成模型的两大主要组成部分——随机骨料产生和骨料投放过程的优缺点进行了比较分析,尤其是对各投放算法的有效性、效率、便易程度等内容进行了比较;(2)利用MATLAB产生模型需要的各种随机变量表达参数及随机过程的表示方法;提出了一种新的随机凸多面体骨料产生方法——球体切面法;基于骨料级配理论和混凝土规范要求,得到符合一定级配要求各粒径骨料含量的确定准则;(3)在随机游走理论的基础上,提出优化的智能随机游走过程,通过对伪随机过程中的各参数变量的计算及更新,改进了能够近似模拟混凝土浇筑时骨料移动过程的随机游走算法,提高了投放率和成功率,简化了投放过程;(4)利用商用编程软件实现了三维随机凸多面体骨料模型产生过程的可视化,完善优化了人机交互界面。

关键词：随机骨料随机游走算法凸多面体 MATLAB 可视化

基于随机骨料模型的再生混凝土单轴压缩数值模拟

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西安理工大学学报 2018年第4期34卷 475-480页

作者：姚泽良段东旭党发宁张芳芳西安理工大学土木建筑工程学院陕西西安710048

采用计算机语言MATLAB自编基于塑性损伤本构关系的再生混凝土随机骨料程序,利用大型软件ABAQUS建立再生混凝土双界面细观结构计算模型,对模型的抗压性能、应变峰值、应力分布、损伤状态等关键性能进行了系统的计算分析,研究了不同界面... 详细信息

采用计算机语言MATLAB自编基于塑性损伤本构关系的再生混凝土随机骨料程序,利用大型软件ABAQUS建立再生混凝土双界面细观结构计算模型,对模型的抗压性能、应变峰值、应力分布、损伤状态等关键性能进行了系统的计算分析,研究了不同界面砂浆强度、厚度等因素对再生混凝土关键性能的影响。结果表明:单轴压缩荷载作用下再生混凝土的内外界面区域出现损伤破坏,其原因是该区域存在拉应力集中和剪应力集中;在较弱的界面区最先出现损伤,之后损伤逐渐向砂浆区域扩展;新老砂浆的强度对再生混凝土抗压性能的影响显著;老硬化砂浆在一定程度上弱化了再生混凝土的性能。

关键词：损伤塑性再生混凝土随机骨料细观结构

基于Delaunay三角剖分的三维随机骨料混凝土模型研究

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太原理工大学学报 2017年第1期48卷 128-132页

作者：张杰王志华树学峰太原理工大学应用力学与生物医学工程研究所太原030024

通过程序语言编程与ANSYS软件将Delaunay三角剖分算法拓展到三维空间,并结合Delaunay三角剖分图与voronoi图的几何对偶关系建立了混凝土的三维随机骨料模型。应用LS-DYNA软件对文献中混凝土板的侵彻试验进行了模拟比较,模拟结果与实验... 详细信息

通过程序语言编程与ANSYS软件将Delaunay三角剖分算法拓展到三维空间,并结合Delaunay三角剖分图与voronoi图的几何对偶关系建立了混凝土的三维随机骨料模型。应用LS-DYNA软件对文献中混凝土板的侵彻试验进行了模拟比较,模拟结果与实验值基本一致,验证了模型的有效性。利用该有效模型分析了弹体在穿透混凝土靶板过程中,混凝土骨料的平均直径与体积分数对弹体偏转角及剩余速度的影响。结果表明,相对于骨料所占体积比,骨料平均直径与弹体直径之比对弹体的偏转影响更大,当比值大约增大到2.5时,偏转角不再增大;弹体直径一定时,弹体剩余速度随着骨料直径的增大而减小,随着骨料体积比的增大而减小。

关键词：混凝土随机骨料侵彻剩余速度偏转角