一种泡沫混凝土结构消波吸能性能测试方法与流程

本发明涉及一种混凝土测试方法，特别是一种泡沫混凝土结构消波吸能测试方法。

背景技术：

1、地下工程的隧道工程与矿业工程的支护中，吸能支护正逐渐得到工程界解决衬砌结构时效变形的有效方法。如何合理的设计组合式吸能结构，确保组合式吸能结构的使用安全是受关注的重点问题。面对由多孔介质为填充材料的吸能结构，难以利用理论解析计算复杂载荷条件下的变形与破坏过程，由于填充材料被韧性材料包裹住，室内试验研究难以将破坏过程可视化，难以反映填充材料非均质性带来的影响。因此，利用数值模拟方法研究非均质组合吸能结构的渐进破坏过程是一个可靠的方法，申请号202310098956.9的专利公开了一种模拟非均质组合吸能结构渐进破坏的仿真方法及系统，该方法强调拉格朗日-欧拉算法网络密度大，导致计算成本显著增加。

技术实现思路

1、未解决上述问题，本发明提供一种泡沫混凝土结构消波吸能性能测试方法，包括以下步骤：

2、步骤1，利用应力-应变曲线获取泡沫地聚物静态力学参数，构建本构模型；

3、步骤2，利用霍普金森压杆数值模型构建泡沫地聚物试件的shpb数值模型，并分析拉伸应力、位移、破坏模式；

4、步骤3，利用流固耦合方法建立夹芯硐室模型，采用任意拉格朗日-欧拉算法对泡沫地聚物抗爆性能进行分析。

5、进一步地，步骤1的具体过程为：

6、获取泡沫混凝土的应力-应变曲线

7、

8、σ和ε分别为泡沫地聚物的应力和应变；根据应力-应变曲线获取初始弹性模量e、峰值应力σpeak、峰值应变εpeak、残余抗压强度σresidual；

9、(1)初始弹性模量e

10、在线弹性阶段选取两点，做直线交x轴于a点，记为加载初始点，并反向延长至高度为峰值应力处，记为b点。则线段ab为线弹性阶段的拟合曲线。根据应力应变曲线的定义，该直线的斜率，即为该种泡沫混凝土的初始弹性模量e；

11、(2)峰值应力σpeak

12、泡沫地聚物的峰值应力σpeak与密度ρ之间的关系为

13、

14、(3)峰值应变εpeak

15、泡沫地聚物的峰值应变εpeak与密度ρ的关系为

16、

17、(4)残余抗压强度σresidual

18、泡沫地聚物的残余抗压强度σresidual与密度ρ之间的关系为

19、

20、进一步地，步骤2的具体过程为：

21、步骤201，获取霍普金森压杆系统的尺寸参数；

22、步骤202，采用ls-prepost有限元软件建立的泡沫地聚物试件的shpb数值模型；

23、步骤203，设置模型参数；

24、步骤204，基于本构模型获取应力-应变曲线，并设置接触定义、材料消除参数、边界条件；

25、步骤205，定义侵蚀后接触的模型；

26、步骤206，根据shpb数值模型分析拉伸应力、位移、破坏模式。

27、进一步地，步骤203中的模型参数包括二次粘度系数μ、线性粘度系数η、计算时间δt，霍普金森压杆的密度ρh、弹性模量eh、泊松比vh，泡沫混凝土的应变率εf、弹性模量ef、密度ρf、尺寸sf、泊松比vf、拉伸应力断裂值σb、基于阻尼系数的速率灵敏度rs。

28、进一步地，步骤206的具体过程如下：

29、步骤s2061，设置拉伸应力两端的截止值[0,f]，

30、

31、其中，ε为应变率，e为弹性模量，t为试件，是应力矩阵的第ij项，n为阶数；

32、步骤s2062，设置试验所需的撞击速度{v1,v2,...,vn}，其中n为设置的撞击速度的数量；

33、步骤s2063，建立泡沫地聚物荷重位移曲线、应力-应变曲线，获取shpb数值模型分析拉伸应力、位移参数，根据shpb数值模型获取破坏模式。

34、进一步地，步骤3的具体过程为：

35、步骤301，创建爆炸试验有限元模型，包括空气域、砂土、泡沫地聚物层、实心混凝土层、炸药；

36、步骤302，采用三维固体单元对混凝土、泡沫地聚物和砂土进行网格划分，在爆炸鼓胀区域设置相对较密的网格，并采用拉格朗日算法，空气域采用euler网格算法，空气和炸药采用任意拉格朗日-欧拉算法。

37、本发明与现有技术相比，具有以下优势：本发明在采用拉格朗-欧拉算法之前，通过对泡沫地聚物的静态力学和霍普森压杆数值进行获取和分析，构建了拉格朗日-欧拉算法所需要的参数，可以精确运算过程中建模所需的参数，减少模型中材料的流动和变形，计算成本得以显著控制。

38、下面结合说明书附图对本发明做进一步描述。

技术特征：

1.一种泡沫混凝土结构消波吸能性能测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1的具体过程为：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2的具体过程为：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤203中的模型参数包括二次粘度系数μ、线性粘度系数η、计算时间δt，霍普金森压杆的密度ρh、弹性模量eh、泊松比vh，泡沫混凝土的应变率εf、弹性模量ef、密度ρf、尺寸sf、泊松比vf、拉伸应力断裂值σb、基于阻尼系数的速率灵敏度rs。

5.根据权利要求4所述的防范，其特征在于，步骤206的具体过程如下：

6.根据权利要去1所述的方法，其特征在于，步骤3的具体过程为：

技术总结
本发明提供了一种泡沫混凝土结构消波吸能性能测试方法，包括以下步骤：步骤1，利用应力‑应变曲线获取泡沫地聚物静态力学参数，构建本构模型；步骤2，利用霍普金森压杆数值模型构建泡沫地聚物试件的SHPB数值模型，并分析拉伸应力、位移、破坏模式；步骤3，利用流固耦合方法建立夹芯硐室模型，采用任意拉格朗日‑欧拉算法对泡沫地聚物抗爆性能进行分析。

技术研发人员：吴红晓,王振,孙庆亚,张国凯,邓树新,陈广鹏,贾宗仁,周龙,李胡军,周航
受保护的技术使用者：中国人民解放军96911部队
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15