高应变率下混凝土动态力学性能SHPB实验

利用φ100 mm霍普金森压杆试验设备,研究了混凝土材料在冲击荷载下的动态压缩性能,分析验证了实验结果的有效性、一致性和试样中的应力均匀性问题,得到了混凝土材料在较高应变率范围内的动态应力-应变关系.研究表明,混凝土材料的动态应力-应变呈非线性关系;混凝土材料为应变率敏感性材料,在较高应变率范围内混凝土材料的动态应力-应变关系是与应变率相关的;混凝土材料的破坏应力和破坏应变随应变率的增大而增大.     

混凝土材料的SHPB实验技术研究

为提高混凝土材料的SHPB实验结果的精度和可比性,结合混凝土的实验过程,对波导杆的弥散效应、试件内应力应变均匀性和试件的径向惯性效应进行了研究。研究结果表明:一维应力波假定和均匀性假定基本满足,混凝土试件是否有足够时间使应力应变达到均匀,取决于混凝土试件的最大应变值和应变率;实验中采用脉冲整形技术和恒应变率实验技术,并选用三波公式处理实验数据,可以增大混凝土的有效承载时间,减小试件惯性效应对实验结果的影响;当应变率接近或大于104时,需要考虑试件的径向惯性效应。     

冲击载荷作用下混凝土的率型本构关系

为了再混凝土冲击实验结果的基础上得到率相关的木构关系,从混凝土材料的变形特点出发,分析了骨料、水泥浆体及处于不同受力阶段的微裂纹对混凝土变形的影响,认为混凝土材料属于粘弹性材料,适用于朱-王-唐模型。在考虑混凝土小应变和易损伤的特点的同时,采用修改后的五参数线性朱-王-唐损伤模型对实验结果进行1-0 5/s至102/s应变率范围内的混凝土率效应本构拟合,取得了与实验结果较吻合的效果。     

RPC材料冲击加载下的横向惯性和应变率效应

对3种钢纤维含量活性粉末混凝土(RPC)的冲击压缩性能进行了实验研究和数值模拟.为消除SHPB(Split Hopkinson Pressure Bar)冲击实验中的高频弥散和实现近似恒应变率加载,实验过程中采用了波形整形技术.考虑到RPC材料具有静水压力效应,其冲击加载下动态强度的提高实际是应变率效应和横向惯性造成的静水压力效应共同作用的结果.为了将二者加以区分,采用数值模拟结合静态围压实验确定材料的横向惯性效应,在此基础上,RPC材料的真实应变率效应被实验确定.     

泡粒混凝土的力学性能与本构关系

考虑聚苯颗粒体积比及湿密度等级两个影响因素,配制了共计25组不同配比的泡粒混凝土.研究了加载速率对泡粒混凝土应力-应变曲线的影响情况,结果表明其应变率效应不明显;并研究了不同聚苯颗粒含量以及不同湿密度等级对泡粒混凝土的应力-应变曲线的影响情况,结果表明此材料的密度以及聚苯颗粒含量对其力学性能影响均很大,并表现出不同的规律性.通过对其弹性模量、压溃应力、压溃应变等参数的分析,结合试验结果,建立了该材料的单轴压缩唯象本构模型,通过试验结果与预测结果的比较,唯象本构模型与试验结果吻合较好.     

混凝土、砂浆早期温度断裂韧性实验研究

用直接加温度应力的含裂缝圆环试件，对混凝土、砂浆早期温度断裂韧性进行了实验研究。根据实验测得的裂缝扩展时的温度边界条件，结合边界元数值计算，可获得混凝土、砂浆的温度断裂韧性。提出了应变强度因子的概念。实验结果给出了砂浆的ＫＩＣ以及混凝土不同龄期的应力ＫＩＣ及应变ＫＩＣε。实验表明，作者提出的应变强度因子及应变断裂韧性的概念对反映混凝土材料的断裂特性更稳定更具实际意义。研制了混凝土温度断裂研究专用的温度加载、自动采集、控制系统，编写了专用软件。     

动态压缩下混凝土应变率效应压力与横向效应的影响与校正

混凝土在高应变率条件下具有非常明显的应变率强化效应.然而,在动态压缩试验过程中混凝土试件内也必然存在横向惯性效应;而且由于常用的混凝土动态本构关系中应变率效应与静水压影响被假设是解耦的,因此需要对其进行归一化处理.基于试验结果,利用波动力学理论,结合数值计算,对动态压缩试验中试件内的横向惯性效应和静水压效应进行分析和校正,并给出了混凝土材料压缩强度的真实应变率强化规律.研究表明:随着试件径向尺寸与应变率的增加、材料声速和破坏应变的减小,试件的横向惯性效应愈加明显;混凝土试件压缩强度在高应变率区间的应变率强化效应非常明显,对比之下,对试件内横向惯性效应与静水压影响进行校正后的混凝土材料压缩强度的真实应变率强化效应远低于前者;在高应变率区间,混凝土材料由于其内在含孔隙与随机预损伤等结构问题应该存在应变率强化效应,但随着应变率的提高,该强化趋势会减小,直至趋于一个近似恒指.      

LS-DYNA中混凝土损伤模型(K&C)的基本力学行为分析

混凝土构件在冲击动力作用下的损伤模拟一直以来都是一个难题,制约其发展的最重要因素之一便是材料本构模型的合理选择.基于通用动力有限元分析软件LS-DYNA对其中常用的混凝土损伤模型(KC)的基本力学行为进行分析,包括全过程拉压应力应变关系、网格敏感性和应变率效应等.研究结果有利于进一步理解该材料模型的特性,并为混凝土构件的有限元分析奠定一定的理论基础.     

云纹干涉法及其在非均质低抗拉强度材料断裂研究中的应用

研究混凝土等脆性材料在拉伸载荷作用下断裂行为的常规实验手段是电阻应变片法。由于测得数据的离散性与材料的非均质性相混淆,使得实验结果的可靠性不高。本文从基本原理与实验技术两方面较详尽地阐述了一种称为“云纹干涉法”的高灵敏度、全场,实时应变分析方法,进而介绍了使用本方法对带缺口混凝土试件应变场的调查过程与实验结果。     

混凝土结构内部应变光纤检测试验研究

简要介绍了一种基于光纤白光Michelson干涉仪原理的光纤应变传感器和测量混凝土内部应变的原理,并采用Michelson光纤白光应变测量干涉系统,利用新型光纤传感探头,对混凝土内部的一维应变状态进行了测量,给出了混凝土试件单轴力学实验结果并与Instron8506液压伺服材料实验机得到的结果进行了比较和分析.试验显示当荷载在极限荷载的80%以前为线性阶段,线性范围内光纤传感器与Instron8506测量结果大体符合,说明线性区间应力应变内部状态与外部是一致的.试验结果表明,这种新型光纤传感器显示了良好的传感性能,能够监测混凝土内部应变状态,发挥出成活率高、绝对值测量和寿命长等优势.