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.     

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.     

再生混凝土力学性能的应变率敏感性数值模拟

基于九骨料模型再生混凝土建立了有限元模型,研究了再生混凝土力学性能的应变率敏感性以及细观相材料应变率敏感性对其的影响,并讨论了再生粗骨料取代率和新、老砂浆强度对再生混凝土应变率敏感性的影响.结果表明,该有限元模型能较好地模拟再生混凝土力学性能的应变率敏感性;再生混凝土峰值应力和弹性模量随着应变率的增大近乎线性增大,且弹性模量呈现更加均匀的增长趋势;相比骨料和界面过渡区,砂浆的应变率敏感性对再生混凝土整体应变率敏感性起主导作用;再生粗骨料取代率增大或新、老砂浆强度降低时,再生混凝土的弹性模量应变率敏感性增大,但它们对再生混凝土峰值应力应变率敏感性的影响有所不同.     

混凝土力学性能的应变率效应

针对混凝土材料本构关系具有明显的应变率效应,对混凝土材料在不同应变率下的力学性能进行了分析研究。总结了应变率对混凝土抗压强度、抗拉强度、弹性模量以及临界应变的影响,通过比较各拟和公式预测的动态增大系数以及文献中的试验数据,分析了各公式的适用条件和范围。结果表明：对于混凝土抗压强度,在不同的应变率范围内应采用不同的经验公式;对于混凝土抗拉强度,修正的CEB（欧洲国际混凝土委员会规范）公式与试验数据符合更好;应变率对弹性模量的影响较小,可采用CEB公式计算动态弹性模量;应变率对与极限抗压强度、极限抗拉强度相对应的临界应变值的影响需做进一步的研究。     

高温高应变率下建筑不锈钢动态力学性能研究

利用带有加热和同步对杆装置的分离式霍普金森压杆(SHPB)系统测定建筑不锈钢S30408材料在不同温度和应变率下的动态力学性能,并在DNS100材料试验机上进行了准静态(0.001 s~(-1))压缩试验.试验结果表明:建筑不锈钢S30408材料具有明显的应变率强化效应和温度软化效应,在一定温度条件下温度成为影响材料性能的主要因素.利用Johnson-Cook模型对不锈钢S30408材料进行了动态本构的拟合,并基于试验曲线特点进行修正.修正后的Johnson-Cook模型能够较好地反映材料性能,该本构模型参数可以为建筑不锈钢S30408材料在高温高应变下的动力分析提供依据.     

不同应变率和温度下AFRP力学性能试验研究

利用MTS液压伺服高速试验机测试芳纶纤维(Kevlar 29)增强复合材料(AFRP)在不同应变率(25,50,100和200s-1)和温度(-25,0,25,50和100℃)条件下的力学性能.结果表明,在相同温度(25℃)下,随着应变率的增大,杨氏模量和拉伸强度先增大(25~50s-1)后减小(50~200s-1),而韧性则表现为相反的趋势.在相同应变率(25s-1)下,温度的升高会造成杨氏模量出现波动,拉伸强度上升,而韧性则没有明显的改变.不同试验条件下AFRP破坏形态没有明显区别,均为较平整断裂面.最后,通过Weibull分析,量化了破坏强度在不同应变率和温度下的离散程度.     

不同应变率下Q345钢材力学性能试验研究

利用INSTRON拉伸试验机和Zwick/Roell HTM5020型高速拉伸试验机对Q345钢材进行准静态和高速拉伸试验.采用ANSYS中的LS-DYNA模块对不同加载速率下的拉伸试验进行仿真模拟,通过试验与仿真相结合的方式获得了钢材的真实应力应变曲线.仿真结果显示,Q345钢的真实应力应变关系在低应变率和高应变率下可分别近似用Ludwik模型和Voce模型描述.通过采用Hollomon准则和Voce准则的线性组合模型(H/V-R模型)对试验数据进行拟合,验证了H/V-R模型能比较准确地反映Q345钢的应变率效应,但和试验数据仍稍有偏差.为得到更优的经验型本构模型,将Wagoner的应变率准则引入H/V-R本构模型,进一步优化得到了可准确反映Q345应变率效应的H/V-R2经验型本构模型.     

钢材在不同应变率下力学性能的试验研究

通过INSTRON拉伸试验机和HTM5020型高速拉伸试验机开展Q235钢材的准静态和高速拉伸试验,研究钢材的动态力学性能.结果表明:Q235钢材为应变率敏感型材料,随着应变率的提高,钢材的屈服强度和极限强度明显提高,钢材的应变硬化特征发生显著变化,其名义屈服强度和名义抗拉强度的动力放大系数与应变率之间满足CowperSymonds模型.基于钢材颈缩前的真实应力应变关系,提出了修正的Johnson-Cook模型,该模型可更合理地描述Q235钢应变率效应与应变硬化效应耦合现象.     

不同替代率再生混凝土的力学性能

为了推动绿色混凝土的发展,特别是城市建设中对废弃混凝土的利用,选用替代率分别为0％、20％、40％、60％、80％、100％的C20、C30两种不同强度等级的再生混凝土试块为研究对象进行非破坏检测试验以及破损试验研究,并对其结果进行对比分析;试验结果表明,再生混凝土替代率对其和易性有极大的影响;在配合比相同的情况下,再生粗骨料取代率为40％时再生混凝土立方体抗压强度比较高;再生混凝土抗压强度的发展随龄期的发展和普通混凝土比较相近.     

Al2O3陶瓷材料高应变率下的动态力学性能

针对常规SHPB实验系统的不足对其进行改进,采用改进的SHPB实验方法对Al2O3陶瓷材料的动态力学性能进行了实验研究,表明改进的SHPB实验方法可以成功地进行高强度材料高应变率下的动态力学性能实验。实验得到了Al2O3陶瓷材料在不同应变率下的动态应力应变曲线,结果表明,Al2O3陶瓷为弹脆性材料,其动态应力应变呈非线性关系;在高应变率下,陶瓷材料的动态应力应变关系是应变率相关的,材料的初始弹性模量、破坏应力、破坏应变值随应变率的增大而增大。最后对Al2O3陶瓷高应变率下的变形机理进行了讨论。     

不同应变率下流纹岩动态轴拉试验研究

岩石的破坏很大程度上取决于其抗拉强度.单轴直接拉伸试验是研究岩石动态力学性能的有效手段.流纹岩作为一种广泛存在的具有天然节理的岩石,研究其动态力学特性具有重要的工程意义.为研究流纹岩在地震荷载应变率范围内的力学性质,利用MTS322试验机对流纹岩在不同应变率(10~(-6)s~(-1)~10~(-3)s~(-1))范围内进行了动态轴向拉伸试验.试验结果表明在10-6s~(-1)~10~(-3)s~(-1)应变率范围内,流纹岩的抗拉强度随应变率提高有增大趋势,经过拟合可认为其抗拉强度提高系数与应变率提高系数的对数呈线性关系;岩石的弹性模量也随着应变速率的增加而增加,但增加幅度略小于峰值抗拉强度的增加幅度;峰值拉伸应变随应变率增大有增长的趋势,分布在110~130με;不同应变率下流纹岩轴拉应力-应变全曲线的形状有很好的相似性.     

不同配比再生骨料混凝土的力学性能

以不同配合比的再生混凝土为研究对象,通过抗压强度和劈裂抗拉强度试验分析再生骨料对再生骨料混凝土两种强度变化规律的影响.采用OriginPro 8.5数据分析软件对抗压和抗拉强度进行初步数学函数模拟.结果表明:当再生粗骨料掺量为0%、50%时,再生细骨料使得抗压强度或劈裂抗拉强度变化幅度大,不宜选择;当再生粗骨料掺量为15%、30%时,混凝土劈裂抗拉强度和抗压强度变化都相对平稳;再生粗骨料掺量为15%时混凝土抗压强度相对较高,30%时劈裂抗拉强度相对较高,可根据再生混凝土使用的具体情况来选择.     

CFRP在不同应变率和温度下的力学性能试验研究

采用真空辅助树脂灌注成型工艺(VARI)制备了CFRP,利用MTS液压伺服高速机对CFRP试件在4种应变率(25,50,100和200s-1)和6种温度(-25,0,25,50,75和100℃)下进行测试.试验结果表明,在相同温度(室温25℃)下,除200s-1应变率下的韧性外,拉伸强度和韧性随着应变率的提高而明显增大.在相同应变率(25s-1)下,与室温相比,随着温度的升高或降低,CFRP的拉伸强度和韧性都将降低.试件破坏形态在不同应变率下并没有明显区别,但在不同温度下有所改变.最后,通过Weibull分析,研究了拉伸强度在不同条件下的变化规律.     

高应变率下混凝土动态拉伸性能的实验研究

采用分离式Hopkinson压杆,利用圆柱体对径受压原理对直径为74 mm的混凝土试件进行了动态劈裂拉伸实验,得到了不同应变率下的混凝土动态劈裂抗拉强度。证实了混凝土动态拉伸性能的应变率敏感性,抗拉强度随着应变率的增加而增加;并发现了相应的临界应变率,大约是2s-1,当应变率超过它时,混凝土的抗拉强度会有一个较大比例的增加。同时对裂纹发生位置与扩展顺序及裂纹扩展速度进行了初步探讨。     

不同应变率下冰的动态力学行为及毁伤效应分析

为了解冰材料在宽应变率范围内的动态压缩力学特性,利用准静态压缩实验装置和分离式Hopkinson压杆（SHPB）装置开展了应变率为10^-4~10³ s^-1范围内-20℃冰试件的动态压缩实验,测得了冰在该应变率范围的单轴压缩强度处于8.44~40.70 MPa之间,并进一步研究了其动态压缩强度随应变率变化的演化规律,给出了相应的数学表达式;利用修正的含高压高应变率效应的冰本构模型,通过二次开发技术将其嵌入到有限元软件LS-DYNA中,数值研究了冰弹高速撞击铝合金靶板的毁伤规律.     

不同取代率再生骨料混凝土在硫酸盐侵蚀和冻融循环共同作用下的力学性能研究

再生骨料混凝土有利于城市绿色、可持续化发展。力学性能是混凝土基本性能,对于混凝土在实际工程中的应用十分重要。在我国西北地区,硫酸盐侵蚀和冻融循环双重作用会对混凝土的力学性能产生不利影响。通过把0%、30%、50%、70%、100%取代率的再生骨料混凝土放入5%的硫酸钠溶液中,采用快冻法分别循环0、40、80、120、160、200、240、280次。在每个冻融循环周期结束后分别检测混凝土的抗压强度,抗剪强度,劈裂抗拉强度,动弹性模量,重量。结果发现:经280次冻融循环之后,若以100%取代率再生骨料混凝土的抗压强度,抗剪强度,劈裂抗拉强度,动弹性模量,重量损失率为基准,0%、30%、50%、70%取代率再生骨料混凝土抗压强度损失率同比分别减少36%、30%、21%、13%。0%、30%、50%、70%取代率再生骨料混凝土抗剪强度损失率同比分别减少25%、21%、15%、9%。0%、30%、50%、70%取代率再生骨料混凝土劈裂抗拉强度损失率同比分别减少18%、16%、9%、4%。0%、30%、50%、70%取代率再生骨料混凝土动弹性模量损失率同比分别减少23%、21%、14%、10%。0%、30%、50%、70%取代率再生骨料混凝土重量损失率同比分别减少7%、5%、3%、2%。最后结合试验结果,详细分析了不同取代率再生骨料混凝土相关性能差异产生的机理,为再生骨料混凝土在实际工程中的应用提供了借鉴。     

多孔铁合金在高应变率下力学性能研究

利用分离式霍普金森压杆实验装置(SHPB),对多孔铁合金在高应变率下的力学行为进行了研究,分析了材料的相对密度和应变率对其力学性能的影响。提出了一个能够描述多孔铁合金的力学行为的多参数唯象本构模型,并将本构模型预测的结果与实验结果进行了对比,其误差不超过10%,模型预测结果与实验结果吻合较好。本研究对多孔铁合金在工业设计和工程应用有一定的指导意义。     

水灰比对水泥砂浆高应变率下动态抗压力学性能影响的试验研究

为了研究水灰比对高应变率下水泥砂浆动态抗压力学性能的影响,利用分离式Hopkinsin压杆(SHPB)装置对不同水灰比(0.4、0.5和0.6)的水泥砂浆试件进行了单轴动态抗压试验研究;应变率范围为(39.4～209.4)s-1。同时进行了静态加载试验。试验结果表明,水泥砂浆的单轴抗压强度随着应变率的增大而增大,随水灰比增大,动态抗压强度值随应变率提高而增大的越缓慢;动态抗压强度提高因子DIF随应变率的增加而增大的速度随着水灰比的增加而降低。高应变率下,水泥砂浆试件的峰值压应变与极限压应变随着应变率的增大而增大,水灰比对峰值压应变值与极限压应变值的影响不大。     

不同冻融介质作用下再生骨料透水混凝土力学性能试验研究

为进一步研究不同冻融介质下再生骨料透水混凝土冻融循环后的性能变化,分别以清水和3. 5wt%Na Cl溶液为冻融介质,分析比较了不同冻融环境下再生骨料透水混凝土透水系数、连续孔隙率、剩余抗压强度、CT扫描断面平均孔隙率随冻融循环次数的变化规律。试验结果表明,不同冻融介质作用下,再生骨料透水混凝土的透水系数、连续孔隙率、平均抗压强度与CT扫描断面平均孔隙率的劣化程度均随冻融循环次数增加而逐渐增大,氯盐环境下更易引起再生骨料透水混凝土的冻融破坏;冻融循环作用下,再生骨料透水混凝土单轴抗压强度与CT扫描断面平均孔隙率呈负相关,可通过测量冻融后再生骨料透水混凝土孔隙率来评估其剩余抗压强度,试验成果可为进一步研究冻融环境下再生骨料透水混凝土内部孔隙结构损伤特征及破损机理提供参考依据。     

纳米再生骨料混凝土的动态力学性能试验研究

对再生混凝土以及经过1%~2%的纳米SiO_2或纳米CaCO_3改性的再生混凝土进行了霍普金森压杆(SHPB)的冲击对比试验研究.试验研究不同纳米颗粒及其不同掺量对再生混凝土高应变率作用下动态强度,动态增长因子(DIF),峰值应变,冲击韧性等力学性能的影响.试验结果表明,动态冲击荷载下纳米改性再生混凝土普遍具有比未添加纳米颗粒的再生混凝土更高的冲击强度,然而当纳米颗粒含量从1%增加到2%时,纳米SiO_2及纳米CaCO_3改性的再生混凝土受冲击强度均有所降低.相同掺量时,纳米SiO_2对受冲击强度的提高效果比纳米CaCO_3更为明显,掺入1%纳米SiO_2的再生混凝土具有最高的受冲击强度.纳米CaCO_3则表现为更有效地提高了再生混凝土的冲击韧性和变形能力.纳米改性再生混凝土均呈现出比未添加纳米材料的再生混凝土低的应变率敏感性.