论文题目 |
素混凝土材料的SHPB实验及其参数敏感性与不确定性分析 |
答辩人 |
刘平 |
指导教师 |
韩旭教授 胡德安教授 |
答辩委员会 主席 |
方棋洪 |
学科专业 |
力学 |
学院 |
威廉希尔 |
答辩地点 |
工程楼529会议室 |
答辩时间 |
2018年5月23日 下午2：00 |
学位论文简介
混凝土材料是最重要的工程结构建筑材料之一。由于混凝土结构在使用过程中经常承受动态冲击荷载，混凝土材料的动态力学性能一直是工程结构研究关注的重要课题。SHPB实验设备是被广泛用于测试各种材料动态力学性能的实验设备。然而，在混凝土材料的SHPB实验中，许多参数存在着不确定性，这些不确定性会对实验结果造成重要影响。本文的主要研究工作如下：
完成了两种强度的素混凝土材料在3种应变率下的SHPB实验，并通过实验数据分析对实验的有效性进行了验证。分析了材料强度和应变率对动态力学性能的影响，包括动态抗压强度、动态吸能特性、破坏模式和高速摄像下的裂纹扩展。
建立了素混凝土材料SHPB实验的数值模型，分析了压杆中应力波的传播过程，验证了应力波传播的一维性，对比了数值模拟和实验得到的三个波形，验证了加载过程的一致性，对比了6种工况下数值模拟和实验得到的应力-应变曲线，验证了数值模型的有效性。
将端面摩擦效应总结为三个参数，根据实验的操作过程和试件的测量结果对不确定性的端面摩擦效应参数进行区间表示，讨论了参数之间的交互作用并给出了参数的敏感性排序，使用非概率区间分析算法对端面摩擦效应参数进行了不确定性分析。
对实验操作过程进行分析，找出影响重复实验的不确定性参数，依据实验操作过程和测量结果对各个参数的区间范围进行量化，通过全因子实验设计和极差分析对8个整体参数进行敏感性分析，得出了整体参数的敏感性排序，选取整体参数中敏感性排名前三的参数进行不确定性分析，通过把不确定性分析的结果与实验结果进行对比，验证了该方法用于整体参数不确定性分析的有效性。
主要学术成果
Liu P, Han X, Hu D, et al. Sensitivity and uncertainty analysis of shpb tests for concrete materials. International Journal of Applied Mechanics, 2017, 08(08): 1-23. (SCI, IF=1.954,三区)
Liu P, Hu D, Wu Q, et al. Sensitivity and uncertainty analysis of interfacial effect in SHPB tests for concrete-like materials. Construction and Building Materials, 2018, 163: 414-427. (SCI, IF=3.169,二区)
杨刚,梁超,刘平,等.基于三维FE-SPH自适应耦合算法的子弹侵彻混凝土靶跳飞问题模拟.工程力学, 2013, 30(9): 276-282.（EI）
梁超,刘平,胡德安,等. FE-SPH自适应耦合方法模拟钢筋混凝土靶侵彻问题， 全国强动载效应及防护学术会议暨复杂介质/结构的动态力学行为创新研究群体学术研讨会. 2013. 28-39
ABAQUS下混凝土类材料参数敏感性和不确定性分析系统v1.0，计算机软件著作权（登记号：2016SR129026）， 中华人民共和国国家版权局，2016.05.20。
