基于近场动力学的超高韧性水泥基复合材料动态失效的多尺度模拟及验证

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11872339
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0813.计算固体力学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Peridynamics (PD) is a recently developed theory in solid mechanics that employs a nonlocal model of force interaction, and replace the partial differential equations by an integral operator that sums up internal forces separated by finite distances. Peridynamics offers some advantage compared with FEM-based models, but the PD model for dynamic failure of Engineered Cementitious Composites (ECC) is still scarce. In this proposal, a multi-scale PD model will be built to describe the heterogeneous long-range and short-range interactions between materials points in ECC based on theoretical analysis and experimental observations, and which can also describe the macro-scale mechanical behavior of ECC. The proposed multi-scale PD model will correlate the parameters in PD constitutive models with the key characterized meso-scope material constants to analyze the quantitative deformation as well as the dynamic damage accumulation and failure process of ECC and its structures. The proposed numerical model will be validated through meso-test, fatigue and impact tests to investigate the inner system between the macro-scope mechanical behavior and the dynamic failure. It will enrich the existed mechanics theory of inhomogeneous materials and shed the new light on the development of ECC and the multi-phase composites.
近场动力学(Peridynamics,PD)是一种新兴的基于非局部作用思想数值计算方法,在分析材料与结构的动态断裂问题方面与其他数值计算方法相比有很大的优势,但目前还缺乏基于该理论的超高韧性水泥基复合材料(ECC)动态失效多尺度模型。本项目针对ECC,运用PD方法,构建既考虑ECC细观非均质、多相特征以及同/异相组分间的长、短程作用和界面效应,又能反映其宏观力学特性的宏细观多尺度PD分析模型,分析PD模型参数与非均质材料细观结构特征参数之间的内在联系,实现ECC动态破坏行为的全过程模拟,并结合相关微观、疲劳及冲击载荷试验,分析材料宏观力学特性与动态破坏的内在机制。成果将丰富现有非均质材料的力学理论,为高性能水泥基复合材料及类似多相复合材料的研发提供科学依据。

结项摘要

本项目以绿色环保和建筑资源回收再利用为目标,使用再生砖粉、再生混凝土粉和再生玻璃粉三种建筑再生微粉分别用于取代ECC中的细骨料和部分水泥,以制备生态型ECC。本项目系统研究了分别采用再生砖粉、再生混凝土粉、再生组合微粉(再生砖粉和再生混凝土粉按1:1比例混合而成)取代ECC材料中的细骨料石英砂,以及再生玻璃粉部分取代水泥所得多种类型生态型ECC基本力学性能以及微粉种类、掺量等对于ECC拉伸行为和基本力学性能的影响,结果表明在组合微分全取代石英砂的情况下,玻璃微粉取代水泥不超过30%时,所制备生态型ECC的各项力学性能指标均能满足要求。.本项目基于PD方法构建了考纤维影响的ECC材料的半离散模型,为了消除PD方法中的表面效应,基于能量等效构建了分析ECC粘结结构的界面模型,采用所构建模型分别研究了多种ECC和梯度ECC结构在冲击载荷、冲切载荷、双轴载荷、冲切等多种载荷作用下的动态失效和裂纹扩展行为,讨论了纤维掺量、缺陷尺寸及位置等对ECC结构破坏行为的影响。结果表明所构建的模型在分析ECC结构动态破坏行为方面是有效的,相比与其他数值分析方法有一定的优势。

项目成果

期刊论文数量(13)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
Effect of Fiber Content on the Mechanical Properties of Engineered Cementitious Composites with Recycled Fine Aggregate from Clay Brick.
纤维含量对粘土砖再生细骨料工程水泥基复合材料力学性能的影响
  • DOI:
    10.3390/ma14123272
  • 发表时间:
    2021-06-13
  • 期刊:
    Materials (Basel, Switzerland)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Cheng Z;Yan W;Sui Z;Tang J;Yuan C;Chu L;Feng H
  • 通讯作者:
    Feng H
Analysis of collapse resistance of offshore rigid frame - Continuous girder bridge based on time-varying fragility
基于时变脆性的海上刚构连续梁桥抗倒塌分析
  • DOI:
    10.1016/j.marstruc.2020.102844
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Marine Structures
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    梁岩;闫佳磊;钱文新;程站起;陈淮
  • 通讯作者:
    陈淮
Dynamic Fracture Analysis of Functionally Gradient Materials with Two Cracks By Peridynamic Modeling
通过近场动力学建模对具有两个裂纹的功能梯度材料进行动态断裂分析
  • DOI:
    10.32604/cmes.2019.06374
  • 发表时间:
    2019-01-01
  • 期刊:
    CMES-COMPUTER MODELING IN ENGINEERING & SCIENCES
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    Cheng, Zhanqi;Jin, Dongdong;Li, Le
  • 通讯作者:
    Li, Le
Dynamic Fracture Analysis for Shale Material by Peridynamic Modelling
通过近场动力学建模进行页岩材料的动态断裂分析
  • DOI:
    10.31614/cmes.2019.04339
  • 发表时间:
    2019-01-01
  • 期刊:
    CMES-COMPUTER MODELING IN ENGINEERING & SCIENCES
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    Cheng, Zhanqi;Wang, Zhenyu;Luo, Zhongtao
  • 通讯作者:
    Luo, Zhongtao
Numerical simulation of dynamic fracture in functionally graded materials using peridynamic modeling with composite weighted bonds
使用复合加权键的近场动力学建模对功能梯度材料的动态断裂进行数值模拟
  • DOI:
    10.1016/j.enganabound.2019.04.005
  • 发表时间:
    2019-08
  • 期刊:
    Engineering Analysis With Boundary Elements
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    程站起;随志博;尹航;冯虎
  • 通讯作者:
    冯虎

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其他文献

任意梯度分布功能梯度板条平面裂纹分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    金建洲;程站起
  • 通讯作者:
    程站起
岩石材料动态破坏的近场动力学方法数值模拟
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    力学季刊
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王振宇;程站起
  • 通讯作者:
    程站起
任意梯度分布功能梯度涂层平面裂纹分析
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    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    固体力学学报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    高丹盈;程站起;仲政
  • 通讯作者:
    仲政
Dynamic crack propagation and branching in shale materials by peridynamic method
通过近场动力学方法研究页岩材料中的动态裂纹扩展和分支
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Computer Modeling in Engineering & Sciences
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    程站起;王振宇;罗忠涛
  • 通讯作者:
    罗忠涛
Interface crack of two dissimilar bonded functionally graded strips with arbitrary distributed properties under plane deformations
平面变形下具有任意分布特性的两个异种粘合功能梯度带材的界面裂纹
  • DOI:
    10.1016/j.ijmecsci.2011.11.009
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    International Journal of Mechanical Sciences
  • 影响因子:
    7.3
  • 作者:
    程站起;高丹盈;仲政
  • 通讯作者:
    仲政

其他文献

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AI项目思路

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程站起的其他基金

基于微极理论的功能梯度材料细观力学模型及相关实验研究
  • 批准号:
    11472248
  • 批准年份:
    2014
  • 资助金额:
    88.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
任意梯度分布粘弹性梯度材料热力耦合破坏行为研究
  • 批准号:
    10802078
  • 批准年份:
    2008
  • 资助金额:
    25.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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