动载作用下玻璃纤维增强复合材料管砂浆能量耗散分析

为了研究动载作用下玻璃纤维增强复合材料(glass fiber reinforced polymer, GFRP)管砂浆的能量耗散情况,通过应用分离式霍普金森压杆实验装置对4种不同壁厚的GFRP管砂浆试块进行动态劈裂拉伸试验,研究其在4种应变率下的能量耗散规律。结果表明,GFRP管砂浆试块的入射能、反射能均与应变率呈正相关,随着应变率的增大呈上升趋势,壁厚为3 mm和4 mm时,吸收能提升的幅度较大,壁厚为2 mm和5 mm时,吸收能提升的幅度较小。GFRP管砂浆试样的反射能、透射能、吸收能与入射能呈正相关。GFRP管砂浆试块透射能随GFRP相对壁厚的增加经历两个阶段的变化,透射能曲线先是线性增加后是增长趋于稳定保持不变。GFRP管砂浆试块耗能密度与入射能具有良好的线性关系,5 mm壁厚试块耗能密度最大但其增长幅度最小,3 mm和4 mm壁厚试块耗能密度增长幅度最大,2 mm试块耗能密度增长略高于5 mm试块。试件沿着加载轴线呈对称式破坏,应变率越大破坏程度越大,GFRP管壁厚越大破坏越明显。     

强度比对类复合岩样冲击破碎特征的影响

为了保证复合地层中施工效率及工程安全,揭示动荷载作用下复合岩层的力学特征,通过分离式霍普金森压杆对三种不同强度比的类复合岩样进行动态巴西劈裂试验,基于破碎分形理论,探究强度比、应变率、入射角对类复合岩样的破碎程度及能耗特性的影响。试验结果表明：1）层理面倾角对类复合岩样破碎形态有较大影响,当应变率为146.36 s-1时,沿层理面加载试样易发生劈裂拉伸破坏,且强度比越低试样破坏所需吸收的能量越少;2）当入射角为0°时,类复合岩样分形维数随着强度比的增大而增大,但当入射角为90°时AC复合岩样（强度比为1.5）分形维数最大;3）类复合岩样吸收的能量主要用于裂纹扩展,单位体积内试样吸收的能量越大,试样越破碎,即类复合岩样分形维数与能耗密度呈正相关。     

动载下高浓度全尾砂胶结充填体的力学特性

为了研究动载下高浓度全尾砂胶结充填体(HTB)的力学性能,制备直径×长度为50 mm×25 mm的HTB试件,通过静态单轴压缩试验和分离式霍普金森杆(SHPB)单轴冲击试验,对试件的动静荷载下的力学性质进行比较,研究试件动态抗压强度、动态应变、强度增强因子、比能量吸收与平均应变率之间的关系。研究结果表明:HTB试件对弹性波传播有较强的阻尼作用;HTB试件临界破坏的平均应变率为103 s-1,最大应变率可达265 s-1;随着应变率增大,试件的动态抗压强度、动态强度增长因子、峰值应变随之增大,应变率越高,达到峰值强度历时越短;动载下HTB试件出现1~2次破坏-压实过程;在低应变率下,试件沿轴向呈现脆性劈裂破坏,在高应变率下,破坏形式为压碎破坏;随着入射能量增大,反射能、试块吸收能量及比能量吸收均呈线性增长趋势,由于波阻抗效应,透射能较小,试块具有较强的吸收和反射能特性。     

SHPB试验中花岗岩破坏程度与能量耗散关系分析

为了研究花岗岩的应变率效应及其能量耗散与破坏程度之间的关系,利用分离式Hopkinson压杆装置(SHPB)对直径为74 mm的花岗岩试样进行了不同应变率下的单轴冲击压缩试验.试验结果表明,花岗岩动态压缩强度具有很明显的应变率效应;随着应变率的增大,单位体积耗散能增加,且近似呈线性关系,同时应变率也随着能量耗散率的增加而增大,但它们之间表现为非线性关系;花岗岩试样破坏程度与单位体积耗散能存在很好的一致关系,基本一一对应,而与应变率之间并不存在一一对应关系.且试样破坏程度和应变率之间并不存在一一对应关系,与强度随着应变率的增大而增大并不矛盾.     

开孔泡沫金属动态力学性能及能量特性

泡沫金属材料在防护吸能领域有着重要的应用前景,深入研究泡沫金属及其相关结构的冲击力学性能十分必要。通过Φ50 mm的分离式霍普金森杆(split Hopkinson pressure bar, SHPB)装置对开孔泡沫金属Fe、Ni、Fe-Ni合金(50 mm×10 mm)进行动态冲击试验。试验分析了应变和应变率对其力学性能及吸能特性的影响,通过对其峰值应力、波动应力、理想吸能效率等参数的对比分析多种冲击速度下不同泡沫金属材料的抗压强度与吸能性,为建筑、航天等工程的使用提供理论基础。研究结果表明：高冲击速度下峰值应力增大且Fe-Ni合金抗压强度最高,不同材料泡沫金属均存在波动应力且压密阶段时间各不相同。应变率介于600～1 150时泡沫金属Ni吸能性最优,该区间外Fe-Ni合金更优。当应变率大于1 000时,Fe-Ni合金理想吸能效率增幅较大,相较于700时提高了48%、为最优理想吸能材料。     

再生混凝土的SHPB实验及能量耗散分析

文章采用分离式 Hopkinson压杆装置对再生粗骨料取代率分别为0％、30％、50％、70％、100％5种试样,在不同应变率下进行单轴受压动态力学性能试验,采用波形整形和试样直测应变技术获得可靠的实验结果。结果发现,随着应变率提高,再生混凝土的动态强度显著增加,但随骨料替代率呈现非单调的变化;各系列再生混凝土试样的耗散能随应变率增加,均呈现显著单调的线性增加变化,且随骨料替代率的增加,试样耗散能的增长幅度减小,反映了再生骨料自身缺陷导致试样损伤软化的特点。     

聚碳酸酯高应变率分离式霍普金森压杆实验研究

为获得聚碳酸酯(PC)在环境温度范围内的动态力学特性,该文利用分离式霍普金森压杆技术对PC进行高应变率动态压缩力学实验.在低温-50℃、常温+15℃和高温+50℃三种温度下进行实验,并对实验数据有效性进行检验.用二波法对数据进行处理,得到PC在不同应变率下的应力应变曲线.基于应力应变曲线分析了应变率和温度对PC动态压缩特性的影响.实验结果表明PC具有明显的应变率相关性.在高应变率下,PC的屈服强度约为静态下的1.6倍.在动态下,屈服应力随着应变率的增加不断增加,与应变率常用对数呈线性增长关系.PC也具有对温度的敏感性,其屈服应力随着温度的升高而降低,表现为温度软化效应.在-50～+50℃范围内,PC力学特性基本一致,屈服应力变化幅值不超过6％.     

锚固裂隙岩体力学特性试验研究

通过对立方体红砂岩试样预置30°,45°和60°裂隙的试验,研究了不同锚固状况下含单裂隙岩样力学特性及其注浆与加锚控制效应.结果表明:注浆加固条件下的岩样峰值强度,裂隙倾角为45°时最小,30°时最大;加锚加固条件下的岩样峰值强度,裂隙倾角为60°时最小,30°时最大.     

断续节理对岩体力学性能的影响

采用颗粒流数值模拟程序,建立不同节理状态的岩石试样模型,对其进行双轴试验模拟,从岩桥长度、节理长度和倾角三个方面对断续节理影响下的岩体破裂形式和力学性质进行了数值模拟分析.岩桥的破裂方式为翼裂纹扩展下的拉剪复合破坏,模型破裂大致经历了翼裂纹的扩展、次生裂纹的延伸以及岩桥的贯通三个过程,而且表现出明显的蠕变特性以及延性破坏.岩桥长度的变化对峰值强度和弹性模量影响较小;相比岩桥长度,节理岩样的力学特性对节理长度更加敏感.对于不同的节理倾角,岩石试件表现出不同的初始破裂形式,0°倾角岩样的破裂方式为翼裂纹的扩展和次生裂纹的延伸,中间岩桥没有被贯通,15°倾角岩样的初裂强度和峰值强度最大.     

基于Hopkinson杆技术的混凝土动态压缩性能研究

采用分离式Hopkinson压杆对混凝土试件(D=74mm)进行了动态压缩试验,得到了不同应变率下的混凝土动态抗压强度,研究了它的率敏感性,并得到了相应的临界应变率。结果表明:随着试件中应变率的增大,混凝土的动态抗压强度相应有不同比例的增加;同时在试验的基础上,分析了应变率对混凝土抗压强度的影响。抗压强度在相应的应变率超过一定值后会有一个较大比例的增加,抗压强度的临界应变率大约是40s-1。     

退火纯钛板压缩力学性能的各向异性

沿退火纯钛板材轧向(RD 0°)、横向(RD 90°)以及轧制平面内与轧向成45°(RD 45°)等3个方向取圆柱形试样,采用Instron电子拉伸机和分离式Hopkinson压杆,进行准静态和动态压缩实验,获得不同应变率下的应力-应变曲线,计算3个方向的应变率强化效应.研究结果表明:退火纯钛板准静态和动态压缩力学性能均表现出明显的各向异性,其中RD 90°方向屈服强度最大,RD 45°方向次之,RD0°方向屈服强度最小;在较小的应变程度下流变应力也具有同样的规律.不同方向上的应变率强化效应也存在显著差异:RD0°方向最强,RD 45°方向次之,RD 90°方向最弱;基于纯钛{0001}〈11(2)0〉基面和{10(1)0} <1(2)10〉棱柱面滑移微观塑性变形机制,结合晶体塑性变形理论,考虑多晶板材晶体取向分布,定性解释了退火纯钛板压缩力学性能各向异性.     

砂岩和花岗岩的动态性能与能量耗散分析

利用直径100mm的分离式霍普金森压杆（SHPB）试验装置,对砂岩和花岗岩在应变率49~97s-1下进行了冲击压缩试验,对比分析了两种材料的动态力学特性和破坏形态.结果表明:两种材料的动态抗压强度,破坏程度和能量吸收随应变率的增大而增大,而花岗岩的能量耗散率则随着应变率增大而逐渐减少,呈现出较强的应变率相关性;初始弹性模量、峰值应变和砂岩的能量耗散率在3种应变率下的差别不大,应变率敏感性较弱.分析加载过程中两种试件能量吸收和耗散率的曲线,并从微观结构的角度对其动态破坏形态进行归纳分析.通过试验有效性的验证,证明试验较好地满足了均匀性假定.      

混合纤维增强水泥基复合材料的动力性能

采用变截面霍普金森杆(SHPB)对不同配比的钢/PVA纤维混合增强水泥基复合材料(HFRCC)进行了不同应变率的冲击压缩实验,并对其抗压强度、峰值应变和韧性等动力性能进行对比分析.结果表明:HFRCC材料表现出应变率敏感性;随着PVA纤维的增加,材料的变形性能更好,而钢纤维的加入则提高了其动态抗压强度;PVA纤维含量的增加能降低材料的动态强度增长因子;在低应变率下和峰值应力之前,纤维间的相对含量对HFRCC的韧性影响不大,在高应变率下,钢纤维能有效提高其韧性.     

预制表面裂隙砂岩的动态力学特性及破坏模式

为了研究轴向表面裂隙形态对岩石动态力学特性及破坏模式的影响,将直径×高度为50 mm×50 mm的圆柱形黄砂岩分别加工成裂隙深度为5,10和15 mm及裂隙数量为1,2,3和4条的不同类别试样,采用改进的分离式霍普金森压杆实验系统对其进行动静组合加载实验,并借助高速摄像仪观察裂纹扩展及动态破坏过程。研究结果表明:裂隙岩样的动态抗压强度、变形模量和峰值应变随裂隙数量和深度增大而先增大后减小;裂隙岩样变形由裂隙压密闭合阶段、弹性阶段、非线性塑性变形阶段和峰后阶段组成,呈现显著的塑性特征;裂隙岩样的破坏模式比较复杂,主要有剥落破坏、拉剪破坏、剥落贯通破坏和拉伸贯通破坏4种;随着裂隙深度增大,试样能量吸收率和能耗密度先减小后增大;与其他含不同裂隙数量的岩样相比,裂隙数量为2时岩样能量吸收率和能耗密度较小,表明该类试样的破碎块度较大,这与采用分形理论描述的岩石破坏特征基本相符。     

一维动静组合加载下复合岩样动态力学特性数值模拟

针对地下工程施工和深部开采过程中,遇到的复合岩层在“动载+静载”受力状态下破坏越来越多的问题,以水泥砂浆为材料制备类岩石试样,对复合岩层开展一维动静组合加载下动态力学特性研究.利用PFC^2D离散元软件,建立一维动静组合加载SHPB数值实验模型.选取0、20%σ_s、40%σ_s、60%σ_s、80%σ_s(σ_s为试样静态单轴抗压强度)5个水平的轴压,对7种层理倾角(0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°)的复合试样,开展高应变率(100 s^-1、200 s^-1、300 s^-1)范围内的一维动静组合加载模拟实验,并探讨了复合试样在不同加载速率下的破坏模式.研究表明：轴压20%σ_s对应的动态强度最大;复合试样主要发生拉剪组合破坏,层理面及强度低的材料B对试样的破坏有控制作用;随轴压的增大,复合试样破坏程度越来越严重.     

钢纤维增强再生混凝土动态冲击力学性能试验研究

为研究钢纤维增强后的再生骨料混凝土（RAC）的动态力学性能,采用?74 mm变截面分离式霍普金森压杆（SHPB）在高应变率下进行动态冲击压缩试验,分析不同钢纤维掺量下动态抗压强度、动态增长因子（DIF）、动态冲击韧性等力学参数对动态应变速率的敏感性.结果表明：与普通再生混凝土相比,钢纤维再生混凝土动态抗压强度、动态增长因子等力学参数具有明显的应变率增强效应,并且这种增强效应随着钢纤维含量的增加而增加.钢纤维再生混凝土有10%～80%左右的动力强度增幅.不同钢纤维掺量的再生混凝土应变率敏感性有一定差异,不同应变率下材料的应变率敏感性也有所不同.     

钢纤维对超高性能混凝土动态压缩特性的影响

采用杆径为75,mm的分离式霍普金斯杆试验机和YAW-3000电液伺服压力试验机分别对5组不同配合比超高性能混凝土(UHPC)进行了动力压缩试验和静力压缩试验,详细分析了不同类型钢纤维和不同钢纤维掺量对超高性能混凝土动态抗压强度的影响.通过计算得出不同配合比的动态增长因子,绘制出超高性能混凝土动态增长因子曲线.结果表明:超高性能混凝土动态强度、峰值应变均随应变率的增大而增加;不同钢纤维类型和掺量对超高性能混凝土的动态抗压性能影响显著,但对其动态增长因子影响较小;同时,也清晰地观察到大长径比钢纤维对超高性能混凝土动态强度增强效果更好.     

高应变率下水泥砂浆劈拉强度试验研究

采用直径为74 mm的分离式霍普金森压杆(SHPB)设备对水泥砂浆在高应变率下的抗拉力学特性进行试验研究,受载试件采用平台巴西圆盘试样。通过控制不同气压,获得了50/s~342/s应变率范围内的水泥砂浆动态抗拉力学性能。为了凸显平台巴西圆盘试样的合理性,试验结果还与传统的巴西圆盘试样进行了对比。试验结果表明,水泥砂浆的劈拉强度,峰值应变及弹性模量随应变率的提高而提高,试验得出的动态强度增长因子(DIF)值随应变率的变化趋势与欧洲-国际混凝土协会(CEB)提出的模型比较吻合。破坏模式与应变率有一定关系,剪切破坏区的大小随着应变率的提高而提高。作为间接测量准脆性材料抗拉力学性能的方法,平台巴西圆盘试样优于巴西圆盘试样。     

冲击载荷下胶结充填体的力学性能及能耗特征

为得到中等应变率下全尾砂胶结充填体动态力学性能及破坏规律,采用分离式霍普金森杆(SHPB)试验技术对全尾砂胶结充填体进行了冲击加载试验.试验结果表明:充填体的动态抗压强度及动态抗压强度增长因子随平均应变率的增加均呈线性增长规律,灰砂比越高,充填体的动态抗压强度越大,但动态强度增长因子越小;充填体的韧性指数与平均应变率对数具有显著的正相关性,与静态加载下相比,韧性指数呈几何倍数递减;动载冲击下,充填体的破坏形态主要为轴向宏观主裂缝拉伸破坏及压碎破坏,当平均应变率高于临界值时,充填体破坏形态为压碎破坏;在相同应变率作用下,充填体的单位体积吸收能和单位质量充填体破碎耗能随着平均应变率的增加呈指数函数增长规律,水泥含量越高的充填体具有越高的破碎耗能及单位体积吸收能,且破坏损伤程度越小.     

静动态压缩下千枚岩长径比效应影响研究

为了研究长径比效应对层状千枚岩力学特性、能量耗散及破坏模式的影响,文中选用4种倾角（α=0°、30°、60°、90°）下不同长径比（L/D=0.5、0.6、0.8、1.0、1.2、1.6、2.0）的千枚岩分别进行了静载单轴压缩和分离式霍普金森杆（SHPB）试验。结果发现,静载压缩试验条件下,不同倾角下千枚岩随长径比的增大,峰值强度和峰值应变均减小。通过单轴动态压缩试验,发现4种层理倾角千枚岩动态抗压强度与试样长径比呈二次函数关系,随着长径比的增加,动态抗压强度出现一个峰值后逐渐降低;千枚岩峰值应变与试样长径比呈指数函数关系下降;对动态冲击压缩试验进行能量分析,发现不同工况的千枚岩在同一冲击气压下,入射能、反射能、透射能均呈现出先缓慢上升再快速上升最后趋于稳定的三段式变化;随着试样长径比增大,千枚岩反射能比先增大后减小,透射能比先减小后增大;采用能量比值法进行对比分析,发现在长径比L/D=1.2时,千枚岩的反射能比达到最大,透射能比达到最小;对千枚岩的宏观破坏模式进行分析,发现动态冲击压缩下千枚岩的宏观破坏模式受长径比影响较大,长径比越小破坏越完全;长径比越大,破坏越不充分。