Hopkinson杆试验试件中应力状态近似分析与惯性修正

在Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ杆动态试验，特别是Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ拉杆试验中，由于试件尺寸长，惯性效应导致测试失真问题是人们关注的重要问题．本文对该问题进行了分析，发展了Ｇｏｒｈａｍ惯性修正模型，推导出一种新的惯性修正公式，该公式考虑了试件的径向和轴向惯性，变形率及试件端面效应，特别是考虑了惯性对试件内部速度场不均匀性的影响．计算分析表明，本公式对ＳＨＴＢ试件中惯性效应的修正量的计算值比Ｇｏｒｈａｍ模型的相应值要大４０％～５０％，虽然修正量的绝对值并不大．     

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。     

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。     

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.     

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.     

钻孔法检测大型钢结构工作应力的研究

为了实现对钢结构工作应力的检测,本文依据局部应力释放原理对钻孔法在其中的应用进行了研究.通过有限元计算对其中的应变释放系数A、B进行了修正,提出了能够修正钻孔温度效应和径向挤压等因素引起的附加应变的工作应力测试与计算方法,使钻孔法在检测中操作简便且具有较高的精度,从而实现了对大型钢结构工作应力的检测.     

SHPB实验技术应注意的几类问题

系统地综述了SHPB实验技术原理和研究进展,指出当前SHPB实验技术应注意的几类问题,包括大直径压杆的弥散效应问题、应力不均匀性问题、端面摩擦效应问题、高温高应变率测试问题和SHPB实验数据处理问题,并在此基础上提出解决问题的基本思路与方法。     

SHPB实验中几个问题的讨论

提高SHPB实验结果的可靠性和可比性,是当前SHPB实验技术急需解决的问题之一.以金属制作的SHPB系统和金属材料动态力学性能测试为研究对象,采用理论分析、实验探索和数值计算等研究手段对这一问题作了初步研究.(1)通过分析和研究影响SHPB实验两个基本假设的主要因素(弥散效应、惯性效应、阻抗匹配等),指出了SHPB试件和波导杆设计应满足的基本条件(主要是试件长径比、试件与波导杆的横截面积之比);(2)考虑到实验状态的复杂性,其与理想状态之间不可避免地存在着差异,对SHPB系统端面平行度的机械加工要求进行了分析,并对实验数据处理过程中值得注意的事项进行了讨论和分析;(3)对材料动态实验与本构关系中应变率参量做了进一步思考和探讨.     

节段预制拼装混凝土桥梁剪力键接缝的抗剪强度

基于节段预制拼装混凝土桥梁腹板处多齿剪力键接缝脱离体的应力解析,分析并推导了多齿剪力键根部剪应力分布规律.依据弹性理论分析结果,提出了多齿剪力键根部剪应力分布的不均匀系数,并在考虑该不均匀系数后对AASHTO接缝抗剪强度计算公式进行了修正.与数值分析结果的比较表明,该修正公式能够准确地反映多齿剪力键中剪应力的变化趋势和峰值效应,而且修正公式计算结果与相关试验结果误差在5%以内.     

PVDF应力传感器的设计、标定及其在混凝土冲击试验中的应用

利用分离式霍普金森杆(SHPB)试验技术对PVDF应力传感器进行了压电系数的动态标定,标定值为27.21 PC/N.在落锤冲击试验机上完成了预埋PVDF应力传感器的混凝土圆柱体试件的轴向冲击试验,并利用PVDF应力传感器信号和试件轴向压缩曲线得到了混凝土在冲击加载条件下的动态应力应变曲线.由于混凝土试件在冲击加载过程中应力分布不均匀,预埋在试件中心的PVDF应力传感器测试的应力结果比用锤头冲击力计算出来的试件平均应力稍大.