泡沫混凝土动态抗压强度试验与数值模拟研究

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泡沫混凝土是一种具有均匀细密气泡的绿色建筑材料,有保温、轻质、隔热、减震吸能等优点。泡沫混凝土可用于减荷回填、隔热保温、矿井填充、园林景观等,在冲击吸能方面可用于钻井平台抗冲击层、飞机阻拦系统等。强度是泡沫混凝土材料动态力学性能中极为重要的指标。现有的试验仪器具有很大局限性,只能得到有限应变率的泡沫混凝土动态抗压强度,难以满足泡沫混凝土研究。泡沫混凝土细观模型可以批量计算不同密度和应变率下的抗压强度,其准确性取决于泡沫混凝土基体动态力学特性的研究和泡沫混凝土试验的对照。现有的泡沫混凝土基体试验研究为空白,泡沫混凝土细观模型也很少。为了探究泡沫混凝土的动态抗压强度,本文主要工作和结论如下:(1)开展了泡沫混凝土基体低速和高速冲击的劈裂试验、抗压强度试验,并测得泡沫混凝土基体的弹性模量、泊松比,根据试验结果拟合得到了泡沫混凝土基体的TDIF(拉伸动态放大系数)和CDIF(拉伸动态放大系数)。进行了三种密度的泡沫混凝土拟静力和高速冲击抗压强度试验,为数值模拟提供依据和验证。试验观察可得,不同密度泡沫混凝土动态抗压强度都体现了应变率效应,应变率效应随着密度的增加更明显。(2)利用NEPER和LS-DYNA建立了泡沫混凝土多面体气泡数值模型,在保证计算结果较为准确的前提下简化了模型的气泡数量、尺寸和形状。基于泡沫混凝土基体试验对模型进行了验证,得出建立的泡沫混凝土数值模型可以较为准确的预测泡沫混凝土动态抗压强度。(3)基于开发的泡沫混凝土数值模型,研究了泡沫混凝土的密度、应变率、气泡规则程度对其抗压强度的影响。通过数值模拟得到了密度、应变率这两个参数与抗压强度关系的拟合公式。研究发现泡沫混凝土模型的气泡位置随机分布、球形度和气泡尺寸分布对计算结果影响敏感性较低。
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