本书以公路场坪为对象，阐述了超大发射载荷环境下的理论研究方法与力学响应特性，主要包括水泥和沥青混凝土场坪动力响应力学模型、水泥混凝土断裂损伤耦合本构模型、沥青混凝土塑性与冲击损伤本构模型、场坪面基层间界面力学模型、含场坪效应的发射动力学模型、发射场坪力学特性试验方法和发射装备场坪适应性评估等内容。
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前言
第1章 绪论 1
1.1 公路发射场坪适应性问题 1
1.1.1 问题的由来与对策 1
1.1.2 实现广地域发射的难点 1
1.1.3 场坪适应性研究体系 3
1.2 公路场坪类型概述 5
1.2.1 公路类型与等级 5
1.2.2 公路结构层次划分 6
1.3 典型场坪功能层力学特性研究进展 7
1.3.1 面层力学特性研究进展 7
1.3.2 基层力学特性研究进展 9
1.3.3 层间界面力学特性研究进展 11
1.4 公路地基薄板力学理论 14
1.5 公路场坪层状体系理论 15
1.6 装备场坪适应性研究进展 17
第2章 水泥混凝土场坪动力响应力学模型 19
2.1 地基上单层 Kirchhoff 薄板的弯曲方程 19
2.1.1 薄板的基本假设 19
2.1.2 薄板的基本方程 20
2.1.3 弹性地基上薄板的弯曲微分方程 22
2.2 双参数地基上多层矩形板模型 22
2.3 地基上多层板的运动微分方程 24
2.3.1 中性面位置求解 24
2.3.2 横截面上的内力 25
2.3.3 运动微分方程建立 25
2.3.4 运动微分方程求解 27
2.3.5 算例及参数影响分析 31
2.4 基于多层弹性体系的场坪动力响应建模 38
2.4.1 多层弹性体系的传递关系 38
2.4.2 传递矩阵求解方法 40
2.4.3 场坪垂向刚度求解 41
2.5 基于多层弹性体系的场坪动力响应分析 42
第3章 沥青混凝土场坪动力响应力学模型 45
3.1 黏弹性本构模型理论 45
3.1.1 黏弹性模型的基本元件 45
3.1.2 基本模型 47
3.1.3 多层黏弹性矩形板的动力响应 50
3.2 沥青场坪力学模型 58
3.2.1 黏弹性算子 58
3.2.2 黏弹性体系的传递关系 59
3.2.3 多层黏弹性体系传递矩阵求解 61
3.2.4 场坪表面下沉量计算 64
3.2.5 算例及结果分析 65
3.3 发射载荷下沥青混凝土场坪的动力响应 67
第4章 水泥混凝土断裂损伤耦合本构模型 72
4.1 水泥混凝土断裂损伤耦合模型基本观点 72
4.2 I 型裂纹尖端弹性应力位移场 76
4.3 微裂纹生成区边界方程 78
4.3.1 传统屈服强度下微裂纹生成区边界方程 78
4.3.2 三参数统一强度理论下微裂纹生成区边界方程 83
4.4 起裂损伤阈值的确定 88
4.5 断裂过程区长度计算 93
4.5.1 闭合力分布规律形式的归一化 93
4.5.2 等效裂纹的闭合力分布规律 94
4.5.3 断裂过程区长度 95
4.5.4 微裂纹稳定扩展区长度 97
4.6 断裂损伤耦合本构的数值模拟与验证 97
4.6.1 断裂损伤耦合本构模型的裂纹扩展判据 97
4.6.2 断裂损伤耦合本构模型的裂纹扩展数值计算方法 99
4.6.3 预置裂纹的三点弯曲梁断裂数值模拟 100
第5章 沥青混凝土损伤本构模型 104
5.1 沥青混凝土塑性损伤本构模型 105
5.1.1 塑性损伤传统本构模型 105
5.1.2 沥青混凝土受压应力–应变关系 110
5.1.3 沥青混凝土受拉应力–应变关系 112
5.1.4 等效性假设 113
5.1.5 损伤演化方程的推导 115
5.2 沥青混凝土塑性损伤本构模型验证 117
5.2.1 沥青混凝土静态受压模型验证 117
5.2.2 沥青混凝土静态受拉模型验证 119
5.3 沥青混凝土冲击损伤本构模型 121
5.3.1 朱–王–唐非线性黏弹性本构模型 121
5.3.2 损伤因子及其增量形式 124
5.3.3 本构模型子程序开发 126
5.4 沥青混凝土场坪面层冲击损伤分析 127
5.4.1 发射动力装置建模 127
5.4.2 场坪面层损伤分析 128
第6章 场坪面基层间界面本构模型与损伤特性 134
6.1 层间界面理论模型 134
6.1.1 内聚力本构模型 134
6.1.2 基于 Cohesive 单元的层间界面理论模型 135
6.1.3 不同初始状态下的内聚力本构模型 142
6.2 层间界面数值模型 144
6.2.1 层间界面厚度计算 144
6.2.2 含层间界面的发射场坪数值模型 145
6.2.3 层间界面不同状态下发射场坪数值模型 147
6.3 场坪面基层间界面损伤分布与演化分析 148
6.3.1 前支腿处场坪面基层间界面损伤分布与演化 148
6.3.2 后支腿处场坪面基层间界面损伤分布与演化 151
6.3.3 底座处场坪面基结合层损伤分布与演化 152
第7章 含场坪效应的发射动力学建模与分析 155
7.1 非线性有限元动力学分析的数值方法 155
7.1.1 显式方法——中心差分法 155
7.1.2 隐式方法——Newmark-αβ 157
7.2 含场坪效应的典型弹箭冷发射系统建模 162
7.2.1 典型弹箭冷发射系统的结构组成 162
7.2.2 发射场坪非线性精确数值模型 164
7.2.3 发射场坪等效数值模型 168
7.2.4 发射装备与场坪接触界面 172
7.3 发射装备与场坪动力响应分析 174
第8章 发射场坪力学特性试验方法 177
8.1 发射场坪功能层材料试验方法 177
8.1.1 混凝土单轴抗压强度试验方法 177
8.1.2 混凝土抗弯拉强度试验方法 178
8.1.3 混凝土劈裂强度试验方法 178
8.1.4 路基回弹模量试验方法 179
8.2 发射载荷下场坪动态响应三维试槽试验 184
8.2.1 发射载荷模拟施加原理 184
8.2.2 发射场坪响应测量 186
8.2.3 发射场坪承载能力试验系统 187
8.2.4 发射场坪承载能力试验 189
8.3 公路场坪层位及缺陷数据获取方法 197
8.3.1 场坪路基缺陷和路面结构测量方法 197
8.3.2 探地雷达工作原理 198
8.3.3 场坪路基缺陷和路面结构测量功能实现 199
8.4 公路场坪承载强度获取方法 200
8.4.1 场坪强度测量方法 200
8.4.2 落锤式弯沉仪工作原理 201
8.4.3 场坪承载强度测量功能实现 201
第9章 发射装备场坪适应性评估 203
9.1 典型公路场坪结构调研归纳 203
9.2 发射装备场坪适应性评估理论 205
9.2.1 场坪适应性评估系统方案 205
9.2.2 发射装备场坪适应性评估方法 206
9.2.3 场坪-装备响应量效关系和评估准则 207
9.3 场坪适应性评估实现方法 213
9.3.1 路层缺陷测量设备 213
9.3.2 场坪承载强度测量设备 217
9.3.3 场坪适应性评估模块 218
参考文献 222
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