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.     

纯拉力下混凝土材料的应力应变行为

一、前言拉力下混凝土的应力应变(σt—ε)行为对弄清混凝土材料的内部结构与力学行为的关系有着重要意义。尽管直接拉伸试验比较困难,国外一些学者仍就此做了不少工作。但到目前为止,对拉力下混凝土σt—ε行为的描述尚不一致,认识也不统一。国内在这方面     

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.     

PC和PEK在高应变率下力学性质的实验研究

本文介绍了利用落重和高速摄影技术对聚合物（PC和PEK）在高应变率下力学性质的研究结果．由于采用了改进的落重装置，实现了高速摄影和应力应变过程的同时测量，从而使得在一次实验中可同时取到应力和应变数据，这样，避免了这类实验中常用的变形过程中体积不变的假设，使得结果更加可靠。     

多晶纯钛中应变率拉伸力学行为实验研究

利用MTS809和自行研制的中应变率材料试验机,在室温下对多晶纯钛进行了0.004~14 s-1的准静态至中应变率范围内的拉伸试验,得到了多晶纯钛的拉伸应力应变关系.试验结果表明,多晶纯钛的拉伸力学行为在准静态至中应变率范围内具有明显的应变率强化效应和应变硬化效应,且有随应变率增大而逐渐明显的绝热温升软化效应.金相观察显示,拉伸变形过程中伴随孪生机制且孪晶密度随加载应变率的升高而增大.基于Johnson-Cook模型,提出了通过引入综合绝热温升软化系数Ψ来计及与应变率相关的绝热温升软化效应的修正的热粘塑性本构模型.结果表明,该模型能较好地表征多晶纯钛在本试验应变率范围内的拉伸力学行为.     

材料的力学行为

“力学行为”一词指的是材料对外部载荷的响应。包括决定材料性能的力学测试，对于塑性的有限元分析，改变力学性能的方法以及几种失效模式。材料对外部载荷的响应主要是变形与断裂。变形可能是弹性变形、滞弹性变形或者蠕变。断裂可能是瞬间断裂或者是疲劳断裂。疲劳与断裂对于缺陷、温度和加载速率都很敏感。     

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。     

不同应变率下再生混凝土动态力学性能分析

基于动态损伤问题的势能原理基面力元法,利用再生混凝土随机圆骨料模型,针对应变率敏感性对再生混凝土动态力学性能的影响问题进行研究,讨论了不同应变率(10-5/s~10-2/s)下,再生混凝土立方体试件的应力—应变关系的变化规律。研究结果表明:随应变率的增大,试件的峰值应力、弹性模量逐渐增大,基面力元法可以用于模拟再生混凝土细观结构和宏观动态力学性能的关系。     

碳纤维高应变率拉伸破坏形态的应变率效应性质

利用反射式间接拉伸Hopkinson杆实验装置，测试碳纤维在应变率1500-3000s^-1范围内的拉伸性质。实验结果表明，碳纤维在拉伸性质上是应变率不敏感材料，这与目前已有实验资料一致，但对碳纤维断裂端的断口形状观测表明，碳纤维破坏形态是与应变率相关的，随着应变率的增加，断口形态逐渐光滑。破坏形态的差异也导致了拉伸力学性质在不同应变率下的微弱差异。     

应变率与相对密度对聚氨酯泡沫压缩力学行为的影响

采用三种加载设备(万能材料实验机、冲击落锤和霍普金森压杆)对三种相对密度的聚氨酯泡沫进行了广泛应变率条件下(10-3~103s-1)的单轴压缩实验。实验结果表明:相对密度是影响聚氨酯泡沫等效力学行为(弹性模量、初始屈服强度、塑性坍塌强度)的主导因素;且聚氨酯泡沫的力学行为具有明显的应变率效应。同时,基于实验结果分析了应变率效应产生的原因。此外,结合实验结果和一个考虑了相对密度和应变率对塑性坍塌强度复合效应的理论模型,量化了上述两个重要参数对塑性坍塌强度的影响。     

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。     

固体材料在高应变率条件下的线性化本构关系及其应用

本文对固体材料在高应变率条件下的本构方程进行了讨论,建议了一种一维应力情况的、线性化的、描绘材料应变率效应的本构关系,对这种关系式与实验结果进行了比较,并给出了实用简例。结果说明,所建议的线性化本构关系式有其可取之处。同时,还建议了一种改进的本构关系,以满足有更高精度要求时采用。     

焊接接头动态力学的应变率效应

采用Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ压杆装置对焊接接头进行了不同冲击速度下的冲击压缩实验,获得了接头不同部位的动态力学性能曲线,研究了应变率对焊接接头力学性能的影响,结果表明：焊接接头动态力学性能的应力率效应明显,焊接接头动态力学性能不均匀性的应变率效应因应力波传播方向不同而有不同表现。     

高应变下较高强度混凝土的等应变幅循环试验

为了建立考虑高应变低周疲劳性能的混凝土受压本构规律,本文在以往的的研究工作基础上,利用全数字化电液伺服式试验机及其位移控制加卸载功能完成了最大应变以不同幅度超过ε0（ε0为与峰值应力对应的应变）的较高强度等级混凝土棱柱体的等应变幅多次重复受压试验,获得了其独特的低周疲劳特征及加卸载应力-应变规律．结果表明,其累积损伤特点与普通强度混凝土相似,在此基础上,有必要对以往的本构模型进行修正．     

高应变率下复合炸药的细观数值模拟

针对复合炸药8701中RDX晶体与粘结剂分别对复合炸药8701平均力学性能的影响,建立了相应的细观数值计算模型.通过SHPB实验获得了8701在应变率600 s-1时的动态应力-应变曲线,根据Taylor均匀化方法得到了细观计算的宏观应力-应变曲线.结果表明:细观数值计算模型结果与8701的试验结果具有较好的一致性;在高应变率加载下,RDX晶粒和粘结剂的应力随应变都在增加,但由于RDX的强度和质量分数更大,因此对8701整体力学性能起主导作用.      

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.