蜗壳垫层材料压缩-回弹响应行为的试验研究及数值模拟

作     者：张启灵 胡蕾 胡超 伍鹤皋 ZHANG Qiling;HU Lei;HU Chao;WU Hegao

作者机构：长江科学院湖北武汉430010 水利部水工程安全与病害防治工程技术研究中心湖北武汉430010 武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室湖北武汉430072 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(51679013 51609020 51679175 51309030) 中央级公益性科研院所基本科研业务费资助项目(长江科学院CKSF2017067/GC) 

出 版 物：《工程科学与技术》 (Advanced Engineering Sciences)

年 卷 期：2018年第50卷第5期

页      码：71-76页

摘      要：垫层在水电站钢蜗壳-混凝土组合结构中起传递内水压力的作用,但在当前的设计实践中,垫层通常被简化为线弹性材料。本文选取聚氨酯软木与聚乙烯闭孔泡沫等2种最常用的蜗壳垫层材料,首先采用土工轴承式单杠杆固结仪对2种材料分别进行循环加-卸压试验,材料试样由环刀切割成型,受压过程在环刀内完成,最大压力荷载定为1.0 MPa,加压与卸压过程均分10级完成,级差0.1 MPa。而后根据试验中的垫层材料试样尺寸,建立试样的平面轴对称有限元模型,在ABAQUS平台上采用HYPERFOAM和MULLINS EFFECT两者共同模拟单次加-卸压循环中2种材料的非线性响应过程,2种模型中必要的材料参数通过UNIAXIAL TEST DATA选项结合材料的压缩应力-应变试验数据确定。研究结果表明:2种材料均具有显著的非线性、不可逆的压缩特性,在循环加-卸压作用下均存在显著的残余应变;数值模拟对2种材料在单次加-卸压循环中的应力-应变响应过程的预测效果良好。认为在蜗壳结构的设计中不应忽略垫层材料的非线性力学特性,前述基于ABAQUS平台的数值模拟技术能够简便地实现垫层材料的非线性力学描述。建议垫层材料在出厂前,宜提前经历足够次数和时长的"预压"过程,最大程度上降低垫层材料残余变形对蜗壳结构受力的潜在不利影响,垫层材料的力学设计参数须基于已经历过"预压"过程的试样压缩-回弹数据确定。

主 题 词：蜗壳 垫层 非线性 残余变形 压缩试验 数值模拟 

学科分类：0810[工学-土木类] 081504[081504] 08[工学] 0815[工学-矿业类] 0805[工学-能源动力学] 0812[工学-测绘类] 

核心收录：

D　O　I：10.15961/j.jsuese.201700861

馆 藏 号：203376743...