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。     

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.     

混凝土材料的SHPB试验及动态性能分析

通过SHPB试验研究了混凝土材料的动态性能。考虑到SHPB装置存在的诸如应力应变不均匀、大尺寸产生的应力波弥散等缺陷,试验中选用了φ37mm的SHPB研究了混凝土材料在中应变率时的动态响应,并以试验数据为依据,分别阐述了混凝土材料的应变率效应、骨料对混凝土材料的动态响应影响及混凝土材料的应变硬化和应变软化现象。结果表明：混凝土在一定应变率范围内随着应变率的增加,其动态一静态抗压强度比呈对数线增加,且动态响应由硬化向软化过渡;骨料的抑制作用是混凝土材料表现出弹塑性特征的关键因素,也使得SHPB试验测得的混凝土动态响应曲线呈现振荡。     

聚丙烯纤维混凝土SHPB试验研究

采用变截面大尺寸的Hopkinson压杆对素混凝土与聚丙烯纤维混凝土试件进行了冲击压缩(split-hopkinsonbe,SHPB)试验,得到了不同应变率下的聚丙烯纤维混凝土动态压缩强度及应力-应变全过程曲线,证实了聚丙烯纤维混凝土材料的应变速率敏感性,结果对于计算聚丙烯纤维混凝土在高速冲击及爆炸条件下的响应很有意义.     

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.     

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。     

SHPB测试中斜坡加载对应力均匀性和恒应变率的影响分析

针对传统霍普金森压杆(SHPB)研究脆性材料和粘弹性材料的动态力学性能时,主要存在早期甚至整个实验过程的应力不均匀和应变率不恒定,严重影响实验结果的有效性和精确性.根据SHPB实验中应力的传播过程,分析了斜加载脉冲在加载过程中对试样应力均匀性和恒应变率的影响.计算分析和实验结果表明,斜坡越平缓,越有助于试样内部应力的均匀分布和应变率更快地趋向恒定,从而能使应力均匀状态和恒应变率状态保持更长的时间.     

被动围压下早龄期补偿收缩钢纤维混凝土冲击压缩性能试验

为了研究被动围压约束条件下早龄期混凝土动态力学性能,利用直径74 mm分离式霍普金森压杆进行试验。在不同加载气压钢质套筒被动约束条件下,测试7 d龄期补偿收缩钢纤维混凝土试件轴向或径向的应力和应变变化趋势。结果表明:补偿收缩钢纤维混凝土材料在被动围压下,延性和抵抗破坏能力显著加强,试件轴向应力-时间历程曲线和轴向应力-应变曲线可知,整个加载过程分为三个阶段。第一阶段为弹性阶段,由于试件刚性所致,应力增幅快;第二阶段为弹塑性阶段,试件逐步压缩变形,应力增长缓慢,应变增幅大;第三阶段为试件塑性破坏阶段,应力直线下降;在0.6 MPa、0.7 MPa和0.8 MPa气压作用下,试样典型轴向应力峰值为无围压条件单轴压缩SHPB实验时的1.5~1.8倍;试件破坏应变高达(23~27)×10-3,是无围压SHPB试验试件破坏应变的4~6倍;从试件破坏形态看,由于钢纤维掺入,试件仍保持较好的整体性,裂缝分布表征试件为压剪破坏。     

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...     

动态劈裂实验的数值模拟及讨论

利用分离式霍普金森压杆(SHPB)可以进行混凝土类材料高应变率下的劈裂实验,目前公认的方法是通过透射波信号得到劈裂强度和相应的平均应变率.文章通过数值模拟对这种方法的有效性进行了讨论,发现在高应变率下,混凝土劈裂不满足中心开裂条件.因此上述基于弹性静力学平面问题的传统处理方法会产生一定的误差.文章还分析了不同试样尺寸对动态劈裂实验精度的影响.     

直锥变截面Hopkinson压杆实验的数值模拟

随着分离式Hopkinson压杆(简称SHPB)实验技术应用领域的拓宽,对SHPB实验设备和实验精度的要求日益提高,改进和优化SHPB实验技术就显得尤为迫切。数值模拟在这方面发挥着重要的作用。文章利用商用程序ANSYS/LS-DYNA对不同长度的子弹与74mm直锥变截面压杆撞击进行了三维数值模拟,将模拟结果与实验结果进行了比较;同时分析了不同长度的应力波在74mm直锥变截面压中的传播特性。     

岩石类介质SHPB试验加载波形的数值分析

采用基于细观损伤力学基础而开发的动态岩石破裂过程分析系统RFPA2D对大直径SHPB装置中压杆的应力波弥散效应进行二维数值分析,讨论了矩形应力脉冲和三角形应力脉冲两种加载波形对弥散结果的影响.结果表明,基于细观损伤力学基础而开发的动态岩石破裂过程分析系统RFPA2D能够较真实地模拟SHPB试验中波形传播过程;在大直径SHPB实验技术中,由于压杆的横向泊松效应,波形在传播过程中的弥散现象明显;选择合适的加载波形可以有效降低SHPB装置中应力波的弥散效应,其中三角形波加载可以降低大直径SHPB动态测试中的应力波弥散,是岩石混凝土等非均匀材料SHPB动态测试的较理想加载波形.     

混凝土材料的SHPB实验技术研究

为提高混凝土材料的SHPB实验结果的精度和可比性,结合混凝土的实验过程,对波导杆的弥散效应、试件内应力应变均匀性和试件的径向惯性效应进行了研究。研究结果表明:一维应力波假定和均匀性假定基本满足,混凝土试件是否有足够时间使应力应变达到均匀,取决于混凝土试件的最大应变值和应变率;实验中采用脉冲整形技术和恒应变率实验技术,并选用三波公式处理实验数据,可以增大混凝土的有效承载时间,减小试件惯性效应对实验结果的影响;当应变率接近或大于104时,需要考虑试件的径向惯性效应。     

消除岩石动态实验曲线振荡的有效途径

就岩石动态应力－应变－应变率曲线测定中存在的严重振荡问题进行了讨论，提出了消除这一振荡的有效途径：改传统的矩形波加载为半周期正弦波加载。并就实现半周期正弦波加载的冲头结构进行了研究。     

SHPB技术在材料动态加载相变行为研究方面的拓展

对比分析了分离式霍普金森压杆(SHPB)技术的冲击加载的方式以及传输和加载机制,分离式霍普金森压杆根据不同的目的可对加载装置和实验方法进行调整,依据其冲击加载基本原理,尝试将分离式霍普金森压杆(SHPB)技术引入非晶合金材料的冲击加载诱变研究中,实验表明,SHPB技术在材料一维加载情况的相变及其机理研究方面有着广阔的应用前景.     

PVDF压力计在相似材料动态力学参数测试中的应用

随着相似材料逐渐用在动力学模型试验中,其动态力学参数的测试和研究显得尤为重要.相似材料是软弱材料,其强度较低,波阻抗也无法与Kolsky杆常用的钢杆或铝杆相匹配,因而无法利用传统的应变测量系统进行动态力学测试.本文基于一维应力波理论,推得被测试件端面应力与应变、应变率之间的关系表达式,进而利用PVDF压电薄膜传感器改进SHPB装置的压力量测方法和系统;采集到相似材料的动态压力信号,得到了相似材料在不同应变率下的全应力应变曲线、动态弹性模量、动态峰值强度以及随速率变化的关系.      

Theoretical analysis of JMC effect on stress wave transmission and reflection

Taking the joint matching coefficient (JMC) which represents the contact area ratio of the joint in rock masses as the key parameter, a one-dimensional contacted interface model (CIM-JMC) was established in this study to describe the wave propagation across a single joint. According to this model, the reflected and transmitted waves at the joint were obtained, and the energy coefficients of reflection and transmission were calculated. Compared with the modified Split Hopkinson pressure bar (SHPB) experiment, it was validated by taking the incident wave of the SHPB test as the input condition in the CIM-JMC, and the reflected and transmitted waves across the joint were calculated by the model. The effects of four sets of JMCs (0.81, 0.64, 0.49, and 0.36) on the transmission and reflection of the stress wave propagation across the joint were analyzed and compared with the experimental results. It demonstrated that the values of CIM-JMC could represent both the transmission and reflection of the stress wave accurately when JMC > 0.5, but could relatively accurately represent the reflection rather than the transmission when JMC < 0.5. By contrasting energy coefficients of joints with different JMCs, it was revealed that energy dissipated sharply along the decrease of JMC when JMC > 0.5.