超高性能混凝土RPC的抗冲击压缩特性

利用分离式Hopkinson 压杆试验装置,完成了超高性能混凝土RPC及其在钢管约束情况下的冲击压缩性能试验,比较了RPC材料在无约束和有约束2种受力状态下的变形和破坏特点,分析了RPC材料与C60自密实混凝土材料的应变速率效应的差异,给出了RPC材料与C60自密实混凝土的冲击破坏阈值.结果表明:在达到冲击破坏阈值的冲击荷载作用下,RPC材料呈现脆性破坏形态,对RPC侧向施加钢管约束可大大改善其抗冲击性能;RPC材料具有一定的应变速率效应,但RPC材料强度随加载速率提高的幅度比普通高强混凝土C60的要小,并且随着RPC材料强度等级提高应变速率效应逐渐减小.     

全级配混凝土梁动强度提高机理研究

基于细观力学方法对全级配混凝土梁的动强度提高机理进行研究.假定混凝土由骨料、砂浆和界面三相材料组成,按全级配混凝土实际配比生成随机混凝土骨料模型.采用塑性损伤模型并考虑材料的应变软化,利用全级配混凝土梁的静弯拉(破坏)试验标定骨料、砂浆和界面的参数.在此基础上对冲击荷载下全级配混凝土梁的动弯拉破坏过程进行数值模拟,重点讨论惯性效应和应变率效应对混凝土材料强度增强因子的影响.研究结果表明:(a)当应变率小于8s-1时,材料惯性对梁的极限荷载影响可以忽略不计;当应变率大于8s-1时,材料惯性对全级配混凝土强度的动力增强因子(SDIF)影响增大.(b)当应变率小于20s-1时,率效应对SDIF影响较大,在高应变率区SDIF主要受材料惯性的影响.此外,探讨了初始缺陷(损伤)对全级配混凝土梁破坏荷载的影响.     

混凝土HJC动态本构模型的研究

文章运用显式非线性动力分析软件LS-DYNA,选用HJC动态本构模型对混凝土SHPB试验进行了一系列的数值模拟,对HJC动态本构模型的理论框架以及材料参数的力学特点进行了探讨和研究.研究表明,HJC动态损伤本构模型服从塑性形变理论,但静水压力的影响不能忽略.HJC模型反映了混凝土材料横向效应导致的非力学行为的增强效应,但其大小与材料的失效方式和失效应变数值相关,不能简单地将混凝土材料的应变率效应解释为完全的横向效应.     

中高应变率下沥青混凝土动力增长系数研究

为研究沥青混凝土材料在强动载条件下的动态性能,采用液压伺服试验机和霍普金森压杆(SHPB)对沥青混凝土进行了不同应变率下的压缩试验,得出了中高应变率下沥青混凝土材料的动力增长系数(DIF)和材料的动态应力-应变关系曲线.运用考虑应变率效应的弹塑性损伤模型对沥青混凝土的SHPB试验进行模拟,并通过室内试验确定本构模型中的关键参数,如强度面曲线和损伤因子等.结果表明:采用液压伺服仪和SHPB可以有效地得出沥青混凝土在中高应变率下的动力增长系数,沥青混凝土抗压强度随着应变率的提高而增加;采用室内试验可以快速准确地确定弹塑性本构模型中的相关参数,用以表述沥青混凝土的应力-应变关系;当数值模拟中采用SHPB试验中获取的动力增长系数时,将导致惯性效应的重复,故对沥青混凝土材料进行高应变率下数值模拟时,应不考虑SHPB试验中由于环向惯性效应所引起的那部分动力增长系数,即需要对SHPB试验所得的动力增长系数做修正.     

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.      

高温后钢管RPC动态本构模型及SHPB试验验证

为了研究防护工程中钢管活性粉末混凝土(RPC)构件的抗冲击及抗火(高温)性能,采用74mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置对27块20~300℃加热后的钢管RPC进行了不同应变率的冲击压缩试验,得到了高温后钢管RPC的动态应力-应变曲线和破坏形态。利用ANSYS软件数值模拟了高温后钢管RPC截面温度场分布,建立了高温后钢管RPC动态本构模型。结果表明,300℃高温后的钢管RPC仍具有较高的强度,较好的延性和整体性。本试验条件下,钢管RPC峰值应力和峰值应变随过火温度提高而增大。随着过火温度的提高,钢管RPC峰值应力的应变率效应有所增大,而峰值应变的应变率效应略有减弱。理论方法可以较准确地预测常温条件下钢管RPC的峰值应力和峰值应变。高温后钢管RPC动态应力-应变曲线上升段的理论曲线与试验结果吻合良好,但由于高频振荡和变形滞后的影响,曲线下降段会有一定差别。     

碾压混凝土真实应变率效应试验

为深入研究碾压混凝土动态力学特性,借助分离式霍普金森压杆(SHPB)装置对3种不同直径圆柱试样进行了冲击压缩试验.试验结果表明:碾压混凝土材料具有显著的应变率效应和尺寸效应;混凝土类材料的动态抗压强度增强是材料自身特性、惯性效应和端面摩擦效应三者作用的结果,确定碾压混凝土的真实应变率效应对碾压混凝土结构冲击荷载下动态响...     

圆柱壳轴向冲击屈曲数值仿真及其应力波效应分析

采用LS-DYNA对刚体质量轴向撞击圆柱壳动力屈曲全过程进行了数值模拟,给出了不同时刻的屈曲模态、应变分布和撞击力时程曲线,分析了壳的几何物理参数及撞击加载条件对屈曲行为的影响,同时分析了屈曲过程中的横向惯性效应和应力波效应。     

CGM水泥基灌浆料力学特性及动态本构模型

为研究C-Type Grout Material(CGM)水泥基灌浆料力学特性,以及在动态加载条件下破坏失效规律,开展一系列静、动态力学测试,标定该材料Holmquist-Johnson-Cook(HJC)动态本构模型参数,基于LS-DYNA软件开展了Split Hopkinson Pressure Bar(SHPB)试验有限元动力模拟。实验结果表明：CGM水泥基灌浆料力学性质稳定,单轴受力条件下表现出明显的脆性,在有围压条件下加载具有显著的弹塑性,动态加载条件下率效应明显,应变率达到119 s-1时,动态峰值强度可提高1.62倍。数值模拟结果表明：使用本文试验数据标定的HJC本构模型参数,可准确预测CGM水泥基灌浆料在不同应变率下破坏前的峰值应力和峰值应变,为该材料在动态冲击作用下应用提供参考依据。     

脆性材料SHPB试验中实现近似恒应变率加载必要性的研究

基于分离式霍普金森压杆(SHPB)试验的数值模拟,对脆性材料SHPB试验中是否需要实现近似恒应变率加载的必要性进行了研究。结果表明在脆性材料的SHPB试验中,即使整形入射应力波在反射应力波中产生了一个近似平台,脆性材料试样中仍旧存在显著的由惯性产生的径向围压,说明在SHPB试验中实现了由反射应力波中的近似平台所表征的近似恒应变率加载也不能表示SHPB试样中的应变率为近似恒定。因此,在脆性材料SHPB试验中应用波形整形技术并不能改变转折应变率表征SHPB试样中应力状态转变的特性。无论是否采用了波形整形技术,应用脆性材料SHPB试验结果时都应考虑惯性引起的径向围压的影响。     

花岗岩动态劈裂拉伸实验及动力作用机制

岩石作为一种常见的工程材料,其动态拉伸力学性能的准确核定及其破坏机理至关重要。借助霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar, SHPB)实验装置,对75块花岗岩试样进行了不同冲击速度下的动态劈裂拉伸实验,分析其动态强度与变形的应变率效应,以及冲击劈裂后的破坏形态,进而得到花岗岩试样的应变率、应力峰值、弹性模量等相关力学参数之间的关系。研究表明,在动态劈裂实验中,应变率约在100 s^-1左右,花岗岩试样开始出现裂纹;应变率在100～150 s^-1内,花岗岩试样在冲击后为破碎状态;当应变率超过150 s^-1后花岗岩在冲击加载后试样为粉碎的状态。随着应变率的逐渐增大,动态拉伸弹性模量逐渐增加,但峰值应变却随着应变率的增大而逐渐减小,表明随着应变率的提高,花岗岩的变形能力变差,更易破坏。同时提出了动态拉伸敏感性指标,该指标物理意义明确,能够准确反映岩石类准脆性介质在动态拉伸受力情况下的率效应。进而通过数值模拟,分析验证了冲击劈裂实验的应力波传播三阶段、试样破坏特性及裂纹衍生规律。进一步地,基于Hop...     

考虑应变率效应的混凝土疲劳损伤本构模型

基于边界面概念和连续损伤力学理论,建立了由应变控制的混凝土拉、压疲劳损伤本构模型.在此基础上,通过对应变能释放率Perzyna黏性规则化来考虑混凝土的应变率效应,从而获得了可以研究材料静力、动力和疲劳特性的统一混凝土疲劳损伤本构模型,并用C＋＋语言编程对考虑应变率效应的混凝土本构关系和试验实例进行了计算和比较,结果表明该模型能较好地模拟混凝土应变率效应.     

800MPa级冷轧双相钢的动态变形行为及本构模型

采用Hopkinson拉杆试验系统对800 MPa级冷轧双相钢(DP800)进行动态拉伸试验,动态拉伸选择应变速率为500、1000和2250 s-1 . 通过比较试验结果得出:双相钢的塑性延伸强度Rp0. 2和抗拉强度Rm与应变速率的关系呈指数形式增加;DP800在高应变速率塑性变形会产生绝热温升效应,计算可得DP800在应变速率为2250 s-1时拉伸变形产生的绝热温升为89℃. 基于J-C ( Johnson-Cook)模型和Z-A ( Zerilli-Armstrong)模型,对DP800的本构模型进行了研究,并对J-C模型应变速率效应多项式进行二次化修正,修正后的J-C模型相较于J-C模型对DP800在不同应变速率下的平均可决系数从0. 9228提高到0. 9886.     

湿筛混凝土试件的静、动破坏数值模拟

基于数字图像方法重构生成与真实骨料一致的混凝土骨料模型.混凝土各相材料的本构模型采用混凝土塑性损伤本构模型,考虑材料的应变软化,对湿筛混凝土试件的静、动破坏进行研究.研究结果表明:(a)混凝土的应力-裂缝宽度模型适用于骨料、砂浆和界面等各相材料.(b)随着应变率增加,混凝土的破坏形式明显由单条宏观裂纹向多条裂纹变化.(c)材料惯性对材料破坏荷载有一定影响,当应变率达到60s-1时材料的动力增强因子明显增大,惯性影响不可忽略;当应变率达到80s-1时材料惯性对材料破坏荷载影响较大;当应变率小于207.8 s-1时由率效应引起的动力强度增加大于由惯性效应引起的动力强度增加.     

应变率效应对再生混凝土动态力学性能的影响

通过约束再生混凝土单轴受压动态力学试验,研究了应变率效应对约束再生混凝土力学参数的影响.分析不同应变率下再生混凝土动态破坏特征以及受压应力-应变关系全曲线,可以发现:在不同应变率、再生粗骨料取代率或体积配箍率下,再生混凝土单轴应力-应变关系曲线的上升段基本一致,而下降段差异较为明显;随着应变率的提高或再生粗骨料取代率的增加,下降段曲线随之变陡,而随着箍筋配箍率的提高,下降段曲线明显随之趋于平缓.通过试验数据回归分析,提出约束再生混凝土受压峰值应力和峰值应变动态放大系数函数模型;随着应变率的提高,约束再生混凝土受压峰值应力和峰值应变均随之增大;而约束再生混凝土受压峰值应变动态放大系数增加幅值低于受压峰值应力动态放大系数的增加幅值;进一步分析了应变率效应对约束再生混凝土初始弹性模量的影响规律,确定了初始弹性模量和应变率的函数关系,并给出了初始弹性模量动态放大系数函数模型.随着应变率的提高,约束再生混凝土初始弹性模量动态放大系数随之增大,但其增长幅度要比受压峰值应力和峰值应变动态放大系数的增长幅度小.     

低Ni，Cr，Cu和Mo高性能桥梁钢的动态再结晶行为

采用单道次压缩实验研究了一种低Ni,Cr,Cu和Mo高性能桥梁钢的动态再结晶行为.同时,采用9次多项式对实测真应力-真应变曲线进行了拟合,消除了实测曲线上的波动,进而确定了不同条件下的加工硬化率-真应力曲线.加工硬化率-真应力曲线特征表明,在所研究的不同热压缩变形工艺条件下,均发生了动态再结晶.通过计算将常数α修正为0009MPa-1,得到了实验钢的动态再结晶激活能,确定了εc=063εp关系式,建立了动态再结晶临界应变模型.而且降低Ni,Cr,Cu和Mo含量将显著降低动态再结晶激活能.     

碱矿渣混凝土动态压缩性能试验及数值模拟研究

为研究碱矿渣混凝土(AASC)材料的动态压缩性能及损伤破坏机理,以应变率(39 s~(-1)、57 s~(-1)、75 s~(-1))为变量,开展了动态压缩性能试验;并对试验结果进行分析,获得三种应变率条件下该材料的应力-应变关系曲线。曲线分析显示其峰值应力和应变均随应变率的提高而增大,表明AASC属于应变率敏感材料。采用HJC本构模型开展动态压缩数值模拟,结果显示应力-应变关系曲线数值模拟结果与试验结果较为吻合,其累积损伤破坏过程是由中心向外围逐渐破坏。     

二次边界载荷下脆性材料动态拉伸承载能力

结合有限结构-时间准则,得到了二次边界载荷下脆性材料动态拉伸承载能力的解析表达式. 分析说明:脆性材料的动态拉伸承载能力可以由外载荷的特征和材料的准静态材料参数相互作用完全决定,因此脆性材料动态强度的应变率效应并不是材料的内禀性质. 此外,不同的外部载荷所导致的材料动态拉伸承载能力有所不同,这是以前动态实验数据中具有内在离散特性的原因.