超高性能水泥基复合材料抗多次冲击性能

采用大掺量矿物掺合料(35%粉煤灰+10%硅灰+10%偏高岭土)等量取代水泥,与最大粒径2.36 mm的天然砂和2种不同形状(端勾型与平直型)的超细镀铜钢纤维,制备出超高性能水泥基复合材料(UHPCC).通过分离式霍普金森压杆装置对UHPCC进行高速冲击压缩实验,研究了应变率、冲击次数、纤维种类及掺量对该材料抗多次冲击性能的影响规律,同时采用X-ray CT扫描测试技术,揭示了UHPCC的动态损伤变化规律及其抗多次冲击机理.结果表明,在钢纤维掺量不超过3%时,UHPCC抗冲击的能力随纤维掺量的增加而不断提高;动态压缩强度随应变率的提高而相应地增长;端勾型比平直钢纤维增强的UHPCC显示出更为优异的抗多次冲击压缩的性能,其破坏裂纹主要出现在试件的孔洞等薄弱区,破坏程度随冲击次数的增加而加剧,裂缝逐渐从边缘向中部扩展,最后导致试件贯通开裂.     

高温后钢管混凝土抗多次冲击力学性能试验研究

采用分离式霍普金森压杆(SHPB)装置进行常温和高温后(100℃,300℃,500℃和700℃)钢管混凝土多次抗冲击性能试验研究,通过测量试件的应变时程曲线和应力时程曲线,分析其高温后的抗冲击动力特性.试验结果表明,高温后钢管混凝土经历多次冲击后无明显强度劣化,仍具有良好的抗多次冲击力学性能,适合做为抗火灾倒塌与军事上抗高温和重复爆炸、冲击作用的结构。     

玻璃纤维砂浆管动态劈裂拉伸性能试验研究

为了研究壁厚对玻璃纤维砂浆管动态劈裂拉伸性能的影响,利用直径为74 mm的分离式霍普金森压杆系统开展玻璃纤维砂浆管动态冲击试验,通过改变冲击气压得到不同加载速率下的玻璃纤维砂浆管动态特性变化规律,同时设置壁厚为2、3、4、5 mm并进行该变量下的纵向分析.试验结果表明:在玻璃纤维管的约束下,动态应力-应变曲线出现双峰...     

活性粉末混凝土冲击拉伸试验研究

采用霍普金森压杆(SHPB)对活性粉末混凝土(RPC)进行冲击劈裂拉伸和冲击轴向拉伸试验.结果表明:RPC冲击轴拉强度是冲击劈拉强度的一半左右;钢纤维提高了RPC冲击拉伸强度1～1.5倍,并使RPC破坏形态由脆性转为韧性,避免了试件的多块劈裂与多段断裂;随着纤维体积率的增大,动静态劈裂强度比值减小;造成RPC试件破坏的...     

冲击载荷作用下复合材料层板动态力学性能的实验研究

介绍了Hopkinson杆冲击拉伸实验设备及其实验技术,对CFRP、GFRP层合板进行了冲击拉伸实验研究,得到不同加载率下CFRP、GFRP层板的应力-应变(σ-ε)曲线,以及断裂强度、拉伸模量和断裂应变随加载速率改变的规律,认识复合材料层板在冲击拉伸情况下动态力学行为和变形、破坏机理。     

不同钢纤维掺量活性粉末混凝土力学性能的试验研究

通过单轴受压、劈裂抗拉和抗折试验,研究了活性粉末混凝土的基本力学性能(抗压强度、劈拉强度和抗折强度).研究结果表明:钢纤维体积含量1.0％—2.0％之间变化时,活性粉末混凝土的抗压强度、劈拉强度和抗折强度变化不明显,当钢纤维体积含量超过2.0％后,其抗压强度、劈拉强度和抗折强度均有明显提高.当钢纤维体积含量超过3.5％后,钢纤维掺量对活性粉末混凝土轴心抗压强度和劈拉强度影响不明显,而对抗折强度的提高作用仍然比较明显.根据试验曲线,推导拟合出活性粉末混凝土单轴受压应力-应变曲线方程.     

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.     

高强钢动态力学性能本构模型研究

为了研究高强钢材料在动态加载过程中的力学响应,采用分离式霍普金森压杆对材料进行了不同应变率（3000到 12000s-1）和不同温度（20℃到800℃）单轴压缩实验.实验结果表明：高强钢的动态力学行为受应变率和温度的强烈影响.流动应力随着应变率的升高而增加,随着温度的升高而降低.提出了一个经验型本构模型来描述材料的加工硬化和温度软化行为.该本构模型预测的应力——应变曲线与实验结构较好吻合,表明该本构模型可进一步用于高强钢动态变形过程的数值模拟研究.     

钢纤维活性粉末混凝土SHPB试验研究

采用SHPB装置对钢纤维活性粉末混凝土(SFRPC)试件进行应变率为10.s-1～120.s-1范围内的冲击压缩试验.试验结果表明:随着钢纤维掺量(Vf)的增加,SFRPC材料在冲击荷载作用下的动态抗压强度升高,而韧性则提高尤为显著.同时发现SFRPC具有明显的应变率硬化效应,并得出了SFRPC的应变率敏感阈值.     

聚丙烯纤维混凝土动态力学性能SHPB试验研究

通过对不同含量聚丙烯纤维混凝土材料进行不同应变率的SHPB试验,试验结果表明,聚丙烯纤维混凝土的强度、韧度都随着聚丙烯纤维含量的增加而显著提高,并且在高应变率下,聚丙烯纤维混凝土呈现出“裂而不散”的破坏形态。     

冲击载荷作用下砂岩的动力学特性及损伤规律

在单次冲击和重复冲击载荷作用下,利用大直径霍普金森压杆(SHPB)试验装置,对砂岩的动力学特性进行试验研究。从岩石的细观裂纹扩展和能量吸收的角度,分析岩石的破坏过程。基于Weibull分布的统计损伤理论,计算试件的损伤度,并结合应力-应变曲线分析岩石损伤度的演化规律。研究结果表明:砂岩的动态抗压强度和单位体积吸收能均表现较强的应变率效应,分别与应变率呈指数函数关系和线性关系。在重复冲击试验中,随着重复冲击作用次数的增加,试件的弹性模量降低,屈服应变增加,屈服应力呈降低趋势。此外,损伤度随着应变的增加逐渐增大,在应力-应变曲线的峰值强度处,损伤度出现一个明显的拐点,即在微裂纹进入不稳定扩展阶段,岩石损伤度迅速增大。     

冲击荷载下平行双裂隙演化的颗粒流分析

为了研究冲击荷载下平行双裂隙对岩石破坏的影响,采用二维颗粒流程序对分离式霍普金森杆一维冲击试验进行模拟。对预制平行双裂隙倾角为0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°和完整的花岗岩试样进行冲击加载模拟,全面研究了平行双裂隙试件裂纹的萌生、扩展、贯穿的过程。结果表明：在冲击荷载的作用下,平行双裂隙明显降低了岩石强度。裂隙存在时,裂隙倾角与加载方向一致时,试样峰值强度和起裂强度均达到最大,呈劈裂拉伸破坏模式,在倾角为45°左右达到最小值,呈拉剪复合破坏模式。预先存在缺陷的倾角对裂纹萌生和扩展模式有很大影响。对应力场分析,平行双裂隙对应力波的传播产生阻碍,在岩桥区域变化最为明显。     

加载速率对岩石动态断裂韧度影响的试验

摘要：
采用CCCD SHPB(Central Cracked Circular Disk Split Hopkinson Pressure Bar)试验系统对花岗岩试件实施不同加载速率下的纯Ι型加载试验,测得平均载荷P(t)随时间的变化关系.将实测的载荷代入到推广的中心裂纹圆盘试件应力强度因子计算公式,获得花岗岩在不同加载速率下的动态断裂韧度,揭示加载速率与动态断裂韧度的相关性.试验结果表明,加载速率为50~350 GPa·m1/2/s时,随加载速率的增加,断裂韧度呈现出线性上升趋势.
关键词：
动态断裂韧度; 加载速率; 霍普金森压杆; 中心裂纹圆盘
中图分类号： TU 45
文献标志码： A     

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.     

混凝土材料SHPB主动围压实验的数值模拟

文章利用LS-DYNA软件,采用混凝土HJC动态本构模型,对Φ74mm分离式变截面霍普金森压杆主动围压实验做了数值模拟;通过在试件径向施加恒定压力的方法模拟主动围压的作用,试件单元的压力时间历程曲线显示该方法可以获得恒定、均匀的围压值,即该方法可以对SHPB主动围压实验进行合理的模拟;利用上述主动围压模拟方法对混凝土材料主动围压下的力学性能进行了研究,模拟时采用弥散较小的三角形速度波加载,并利用波形良好的入射波、透射波重构了混凝土的应力应变曲线,重构结果显示混凝土材料在围压作用下力学性能发生变化,混凝土峰值应力、峰值应力对应的应变、韧性都随围压的增大而增加,与理论结果相符。     

钢管混凝土耐撞性能分析

利用落锤试验装置对简支、悬臂钢管混凝土试件进行大质量低速撞击试验,从变形、吸能能力和塑性铰等方面对试验资料进行分析与研究,结果表明:简支钢管混凝土试件的变形可超过其跨度的1/10,其最终位移与撞击能量基本为线性关系;撞击能量相同时,钢管混凝土试件的变形大约是空钢管的1/2,即吸能能力是空钢管的两倍;钢管混凝土试件形成的"塑性铰"可消耗80%以上的撞击能量。     

悬臂钢管混凝土构件在横向冲击荷载下承载性能有限元分析

通过理论计算和有限元方法分析了悬臂钢管混凝土构件在横向冲击荷载下的力学性能,根据“统一理论”确定构件的极限弯矩,利用理论公式计算构件的挠度,采用有限元软件ANSYS／LS-DYNA模拟相应工况,并与理论结果比较,得到了构件重点部位的应力、应变和加速度时程,结果表明,当套箍系数、材料强度和尺寸一定时,构件最终挠度与冲击能量成正比;冲击能量从自由端向固定端传递,固定端截面逐步进入屈服,最终形成塑性铰构件成为机动结构,丧失承载力;钢管混凝土构件具有较好的耗能和变形能力。应力、应变呈现典型弹塑性材料自特征．     

不同钢纤维对RPC性能影响的试验分析

为了探讨不同钢纤维对活性粉末混凝土(RPC)性能的影响，采用52．5R硅酸盐水泥、标准砂、硅灰、石英粉、高效减水剂和钢纤维等原材料，分别对掺量为0％，2％，4％和69／5的镀铜钢纤维，掺量为39／6，6％和9％的端钩形、铣削、方直形和波纹形钢纤维进行RPC配制试验并进行了综合比较。试验结果表明：在常规工艺条件下可成功地配制抗压强度达201．3MPa、抗折强度达73．67MPa的RPC。说明掺入钢纤维可大大提高活性粉末混凝土的强度。通过对综合混凝土的性能分析，可以发现端钩形钢纤维比其它纤维更优越。     

45#钢热粘塑性本构参数的确定及应用

基于45#钢3种不同热处理状态的材料测试系统(MTS)和Hopkinson不同加载条件(应变率10-3~103/s)下的真应力-真应变曲线,利用最小二乘法拟合了Johnson-Cook本构关系中的待定参数,修正了应变率硬化指数,拟合的本构关系参数的计算值与实验数据比较,吻合很好.数值模拟结果与霍普金森压杆(SPHB)实验曲线的对比说明,修正的Johnson-Cook本构关系可以更真实地描述冲击载荷条件下45#钢的力学行为.在此基础上获得了本构关系参数与材料组织铁素体体积分数之间的定量关系,为高应变率载荷条件下使用的45#钢热处理工艺制定提供了科学依据.