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清华大学优秀博士学位论文丛书（以下简称优博丛书）精选自2014年以来入选的清华大学校级优秀博士学位论文（Top 5%）。每篇论文经作者进一步修改、充实并增加导师序言后，以专著形式呈现在读者面前。优博丛书选题范围涉及自然科学和人文社会科学各主要领域，覆盖清华大学开设的全部一级学科，代表了清华大学各学科*秀的博士学位论文的水平，反映了相关领域*的科研进展，具有较强的前沿性、系统性和可读性，是广大博硕士研究生开题及撰写学位论文的必备参考，也是科研人员快速和系统了解某一细分领域发展概况、*进展以及创新思路的有效途径。
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| 內容簡介： |
本文基于细观颗粒元数值模型和动力试验相结合的方法，分析了混凝土直拉、劈拉、弯拉强度等性能；建立了落锤结构全系统仿真模型，对混凝土梁落锤冲击试验进行仿真分析提出了颗粒元能量模式与传统断裂能的转换关系；基于颗粒元有限差耦合方法进行了无黏结预应力混凝土梁冲击试验仿真，论证了钢筋混凝土类复合材料的动力特性与破坏机理。
本书适合高校和科研院所水利、土木建筑、力学、材料等专业的师生阅读。
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| 目錄：
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第1章绪论
1.1研究背景及意义
1.2混凝土动力性能研究
1.2.1混凝土动力试验方法
1.2.2混凝土强度率相关规律
1.2.3动力破坏机理研究
1.2.4水工混凝土动力性能研究
1.3混凝土细观数值模型方法
1.3.1有限元模型
1.3.2格构模型
1.3.3离散元模型
1.4论文主要内容与创新点
1.4.1论文主要内容
1.4.2论文创新点
第2章混凝土细观颗粒元模型验证与轴拉、劈拉、弯拉强度试验仿真
2.1概述
2.2混凝土细观颗粒元模型
2.2.1颗粒元平行黏结模型
2.2.2颗粒元能量理论
2.2.3混凝土细观结构预处理及参数反演
2.3混凝土细观颗粒元模型验证与轴拉、劈拉、弯拉强度对比
2.3.1混凝土静动力强度试验及细观模型
2.3.2静力抗拉强度对比与分析
2.3.3动力抗拉强度对比与分析
2.4本章小结第3章混凝土动力冲击性能试验研究
3.1概述
3.2试验设计
3.2.1试验设备及试件
3.2.2预备试验
3.3试验数据分析
3.3.1加速度信号处理
3.3.2惯性力分析
3.4试验结果
3.4.1铝锤头不同落锤高度试验结果
3.4.2铝锤头不同落锤质量试验结果
3.4.3橡胶锤头不同落锤高度试验结果
3.5试验分析及讨论
3.5.1动量冲量平衡关系
3.5.2率相关效应
3.5.3系统能量平衡与混凝土梁能量组成
3.6本章小结
第4章落锤结构全系统细观模型仿真与分析
4.1概述
4.2细观颗粒元全系统模型仿真分析
4.3数值模型结果和对比
4.3.1力时程结果对比
4.3.2竖向位移结果对比
4.3.3混凝土应变结果对比
4.3.4高应变率试验模拟
4.4分析及讨论
4.4.1率相关效应
4.4.2破坏现象
4.4.3系统能量转换过程
4.4.4颗粒元能量转化及对比
4.5本章小结第5章无黏结预应力混凝土动力冲击性能试验研究
5.1概述
5.2试件及试验装置
5.2.1无黏结预应力混凝土试件
5.2.2试验装置及测量
5.3不同配筋率混凝土梁有效预应力影响研究
5.3.1钢筋动应变
5.3.2混凝土梁开裂过程
5.3.3混凝土梁动力承载力变化及竖向变形
5.3.4能量分析
5.4不同配筋率混凝土梁率相关研究
5.4.1钢筋动应变
5.4.2承载力率相关分析
5.5不同配筋率混凝土梁多次冲击影响研究
5.5.1钢筋动应变
5.5.2承载力及竖向位移变化
5.5.3混凝土裂纹宽度变化
5.6本章小结
第6章颗粒元有限差耦合模型及预应力混凝土冲击试验仿真
6.1概述
6.2颗粒元有限差耦合模型
6.2.1有限差分法
6.2.2颗粒元有限差耦合算法
6.2.3颗粒元有限差全系统模型
6.3数值模型结果和对比分析
6.3.1数值结果对比
6.3.2能量过程分析与对比
6.4本章小结
第7章混凝土梁初始静载影响的细观动力仿真与研究
7.1概述
7.2初始静载影响的试验研究
7.3基于细观颗粒元的初始静载影响分析
7.3.1动力强度增长段
7.3.2动力强度下降段
7.4本章小结
第8章结论及展望
8.1主要研究成果和结论
8.2研究展望
参考文献在学期间发表的学术论文与研究项目致谢
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| 內容試閱：
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混凝土在动力荷载作用下，其本构关系与破坏性能显示出明显的与加载速率相关的特征，同时动力强度随应变率的增加而增加，即率相关效应。本文基于细观颗粒元数值模型和动力试验相结合的方法，对混凝土动力冲击性能进行分析和研究。论文的主要研究工作和创新成果有：
1. 基于细观颗粒元模型，对混凝土直拉、劈拉、弯拉强度试验进行仿真，数值结果和试验中静动力抗拉强度符合良好。三种抗拉强度关系符合现行统计经验公式，验证了仿真模型的有效性。
2. 建立了稳定可靠的混凝土落锤冲击试验测试系统，通过改变重锤质量、下落高度和锤头材料完成了不同加载速率的冲击试验，对试验中混凝土梁的承载力、动态位移、应变、断裂过程、动量冲量平衡关系、惯性力和断裂能等动力特性进行了测量和分析。
3. 基于细观颗粒元建立了落锤结构全系统仿真模型，对冲击试验进行全过程模拟，研究了系统能量的转化过程，并提出颗粒元能量模式与传统断裂能的转换关系。细观数值方法与试验的相互验证揭示了混凝土动力冲击性能与破坏机理。
4. 设计了无黏结预应力混凝土梁冲击试验，对钢筋屈服混凝土断裂的非线性相互作用过程进行系统分析，证明预应力钢筋限制了混凝土的变形和裂纹扩展，钢筋的屈服程度决定了混凝土的裂纹扩展程度和多次冲击的剩余承载力。
5. 基于颗粒元有限差耦合方法，建立了无黏结预应力混凝土梁冲击试验仿真模型，其中混凝土颗粒单元和钢筋杆单元在锚固点交互作用，对混凝土损伤断裂和钢筋屈服的动力破坏过程进行模拟，并与试验结果进行比较。研究表明，颗粒元有限差耦合模型适用于钢筋混凝土类复合材料的动力特性与破坏机理研究。
6. 基于颗粒元模型对混凝土进行了动力弯曲模拟，解释了初始静载影响的力学机理。通过对力链、裂纹发展和能量过程进行分析，揭示当初始静载水平处于静力线弹性阶段时，混凝土动力强度随初始静载增加，初始静载处于静力线弹性极限时，动力强度最大；而当初始静载处于静力的损伤软化阶段时，初始裂纹的产生使结构产生损伤，混凝土动力强度下降。
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