接触爆炸作用下SFRC破坏效应研究

采用试验与数值模拟的方法研究了SFRC的接触爆炸破坏效应，数值模拟的破坏效应与试验结果吻合较好。分析得到SFRC中的钢纤维含量是影响其爆破破坏效应的主要因素，钢纤维的含量不但影响SFRC的破坏参数，而且影响其破坏形态。以及压缩破坏系数Ka。     

混凝土材料拉伸强度的应变率强化效应实验研究

混凝土材料的拉伸强度具有明显的应变率强化效应。采用同批制作的混凝土圆盘和圆杆试样,利用霍普金森杆加载,进行动态劈裂实验和一维杆应力波层裂实验。借助超高速摄像机、数字图像相关(DIC)等测试方法观察实验中试件破坏过程,以准确测量混凝土材料在不同应变率下的拉伸强度。在劈裂实验中注重加载方式,以保证试件满足求解弹性解析解的中心起裂条件;在层裂实验中精确确定层裂发生位置和时刻,获得了可靠的材料拉伸强度,并分析劈裂拉伸与层裂拉伸强度的应变率强化规律。研究结果表明：对于动态劈裂实验,DIC方法显示圆盘中心起裂与否的临界应变率约为10 s^-1;而对于层裂实验,采用DIC方法可以得到多次层裂对应的拉伸强度及相应的应变率（10~100 s^-1）;通过线性拟合拉伸强度应变率强化规律,层裂拉伸强度随应变率增长的斜率较劈裂实验结果偏高,混凝土的层裂拉伸强度动态增强因子可达5以上。所得研究结果对脆性材料动态拉伸强度及应变率强化效应的准确测量,具有一定的参考意义。     

SiC/Zr基非晶复合材料的动态断裂特性研究

利用Hopkinson压杆冲击加载装置和扫描电子显微镜(SEM),对SiC骨架/Zr基非晶合金复合材料圆柱形试样进行了相关的应力-应变响应和动态断裂特征及断口形貌的研究。结果表明:SiC骨架/Zr基非晶合金复合材料的动态压缩强度随冲击压力的增大而递增,当冲击压力为0.6 MPa时,复合材料的动态压缩强度为855 MPa;断裂表面呈现典型的结晶状断口,断裂模式为脆性断裂和劈裂混合破坏模式;非晶基体在动态压缩条件下出现了显著的热软化和熔化特征。     

钢丝网-钢纤维增强活性粉末混凝土力学性能试验研究

研究钢丝网、钢纤维对活性粉末混凝土( RPC)的增强作用。对所设计的不同钢纤维掺量的钢丝网一钢纤维增强RPC试件，测试分析其抗弯、抗压、劈裂抗拉和抗冲击强度。试验结果表明：在钢丝网中加入钢纤维可以有效的提高钢丝网RPC的各项力学性能指标；钢丝网一钢纤维增强RPC中钢纤维的最佳掺量体积比例为2%.     

大直径SHPB系统角闪岩的冲击动力试验

采用大直径分离式霍普金森压杆(SHPB)装置,在波形整形技术试验的基础上,对不同厚度的圆柱形角闪岩试件在冲击压缩过程中的应力均匀性进行分析,确定了岩石试件的最佳尺寸;对角闪岩在高应变率下的动态力学性能进行试验;分析了其应力应变曲线的力学特性;并从岩石材料微观结构的角度对角闪岩动态抗压强度、破坏形态和能量耗散随应变率的变化规律进行了研究。结果表明,在较低应变率下,角闪岩试件的动态压缩破坏呈显著的轴向劈裂破坏模式;在较高应变率下,试件破坏呈现压碎破坏模式;角闪岩的比能量吸收值与应变率.ε呈线性关系,而动态抗压强度增长因子η(即动态抗压强度)与.ε1/3成线性关系。     

高与超高性能钢纤维混凝土的抗侵彻性能研究

为研究不同强度等级的高与超高性能钢纤维混凝土材料的抗侵彻性能,采用25 mm口径弹道炮开展了初速度500～850 m/s的正侵彻实验,利用高速摄影系统记录了弹体的着靶姿态及靶体的动态破坏过程,采用非线性有限元方法对侵彻全过程进行了数值模拟.实验结果表明,随着混凝土强度等级的提高及钢纤维掺量的增加,侵彻深度略有减小,但这种差距随着强度等级的提高越来越小;随着纤维掺量的提高及侵彻速度的降低,材料破坏程度明显减弱.     

镀铜钢纤维高强混凝土力学性能静力试验研究

在高强混凝土中分别掺加0．5％、1．0％、1．5％的镀铜钢纤维,通过试验研究不同掺量条件下,镀铜钢纤维对高强混凝土破坏形态的改善作用及对抗压强度、抗折强度等基本力学性能的影响规律;研究表明：镀铜钢纤维的加入有效地改善了混凝土在高荷载下的脆性破坏特征,提高了塑性变形能力;随着钢纤维掺量的增加,抗压强度及抗折强度均得到提高,抗压强度的提高幅度更为显著;为了分析钢纤维掺量更大条件下高强混凝土抗压及抗折强度的变化趋势,分别建立了抗压及抗折强度的预测公式,发现预测值与试验值吻合较好。     

动能弹丸侵彻SFRC材料的显式动力有限元分析

应用显式动力有限元程序，对动能弹丸侵彻钢纤维混凝土（SFRC）进行了数值计算分析．弹丸作为刚体处理。为了描述钢纤维混凝土的非线性变形及断裂特性，计算中引入了Holmquist-Johnson-Cook累积损伤材料模型。侵彻深度计算结果与在Φ14．Smm弹道炮上所获得的实验数据相吻合，并很好地模拟了在侵彻过程中钢纤维混凝土靶的成坑，层裂现象。在此基础上分析了钢纤维混凝土这种新型复合材料抗侵彻性能的影响因素。     

一种基于围压和应变率效应的动态本构模型在钢纤维混凝土中的应用

采用Φ75 mm大口径分离式霍普金森压杆装置对钢纤维体积率分别为0%、0.75%、1.50%的混凝土试件进行动态性能实验,得到了不同钢纤维含量及不同应变率下材料的应力-应变全曲线。实验结果表明,钢纤维的加入增强了混凝土的韧性,并且随着纤维含量及应变率的增加,钢纤维混凝土材料的峰值应变和峰值应力都随之提高。以此实验为基础提出了一种基于含围压和应变率效应的动态本构模型,并对实验曲线进行了拟合,取得了良好的拟合效果。结果表明所提本构模型是合理的,具有良好的应用价值。     

非金属材料动态性能研究介绍

介绍了国外近年的几项非金属材料动态性能研究,及本课题组的三项工作:1.用一维压杆测定了玻璃钢的动态应力-应变曲线,动态强度比静态强度提高5倍,并测定了不同含胶量对σ-ε曲线的影响。2.利用聚偏氟乙烯压电薄膜测动态压力,在一定范围可行。3.用扫描电镜观测不同的改性聚碳酸酯断口,可以把破坏能量与裂纹形成与扩展需要能量相联系,了解动态破坏现象。     

混合型加载下钢纤维混凝土损伤过程的声发射参数分析

结合声发射技术,开展Ⅰ-Ⅱ混合型载荷作用下钢纤维混凝土带预制中心裂纹巴西圆盘(BDCN)破坏特性的实验研究,得到试件破坏过程中声发射特征参数的演化过程。运用机器学习算法,对声发射参数进行分析,揭示钢纤维混凝土的损伤机理。结果表明：依据累积声发射强度曲线及时间-载荷曲线的变化,BDCN试件破坏全过程可以划分为3个阶段：前两个阶段损伤的主要来源是混凝土基体中微裂纹的起裂和大量微裂纹汇聚扩展,最后一个阶段声发射源的主要机制则是钢纤维的脱粘及拉拔。运用高斯混合聚类算法,可以将损伤源划分为拉伸型裂纹和剪切型裂纹。其中,拉伸型裂纹主导了每个阶段的损伤,而剪切型裂纹对损伤起到了促进作用。使用支持向量机求得的两类裂纹的分界线方程表明,拉伸型裂纹与剪切型裂纹的分界线并不总是一条过原点的直线。     

SFRC及混凝土遮弹板抗接触爆炸性能的数值分析

为了对混凝土及钢纤维混凝土材料的抗爆炸性能进行对比研究，利用LS-DYNA3D动力有限元程序采用Lagrangian-Eulerian耦合方法，对接触爆炸作用下混凝土及钢纤维混凝土遮弹板的迎爆坑形成过程进行了数值模拟，模拟结果与试验结果吻合较好．确定了2种材料爆炸压缩破坏系数Ka值，并给出了遮弹板底部砂土介质中压力的分布情况．研究表明。混凝土中加入钢纤维提高了材料的抗压强度及断裂韧度，使钢纤维混凝土抗爆能力优于基体标号相同的普通混凝土．     

两种混凝土抗常规弹丸侵彻特性分析

为研究钢纤维混凝土与普通混凝土抗弹丸侵彻性能的异同之处,利用别列赞公式对Φ37mm弹丸侵彻两种混凝土靶弹道试验数据进行了拟合、分析。并基于LS-DYNA3D有限元程序,引人Holmquist-Johnson-Cook累积损伤材料模型以描述混凝土材料的非线性变形及断裂特性,对弹丸侵彻两种混凝土靶进行了三维数值模拟计算,得到了侵彻过程中的主要物理图像和数据,进而对计算结果进行了分析讨论。研究表明,与混凝土相比,钢纤维混凝土抗侵彻能力的提高是由材料抗压强度及抗冲击韧性提高共同作用的结果。     

带装甲钢背板的钢纤维混凝土靶抗侵彻试验及数值模拟研究

为了研究钢纤维混凝土抗侵彻性能,对带装甲钢背板的高强度钢纤维混凝土靶进行12.7 mm 穿甲弹、长杆弹高速撞击侵彻试验。根据背靶侵彻深度试验结果,采用防护系数评估复合靶的抗侵彻性能。采用细观离散元模型Lattice Discrete Particle Model、弹塑性模型和Johnson-Cook屈服准则分别描述钢纤维混凝土、弹体和装甲钢靶的材料力学响应,建立了混凝土侵彻问题的有限元-离散元耦合数值仿真模型。通过对比钢纤维混凝土破坏形态和背靶侵彻深度,验证仿真模型对于钢纤维混凝土侵彻问题的适用性。针对3种代表性侵彻工况,模拟分析复合靶间隙以及钢纤维含量对于侵彻响应的影响。仿真结果表明：相比含间隙的复合靶,无间隙的约束条件能够明显减小背靶侵彻深度;钢纤维含量对于背靶侵彻深度几乎没有影响而对混凝土靶破坏形态有较大影响。进一步仿真分析12.7 mm穿甲弹贯穿钢纤维混凝土靶板响应影响因素,得到：圆柱靶直径大于30倍弹径时, 弹体贯穿出靶速度趋于收敛;随着靶体厚度增小,剩余速度与撞击速度趋近于线性关系。     

杆弹侵彻钢纤维混凝土靶板的工程近似分析

在土盘模型的基础上,把杆弹正侵彻靶板的二维轴对称问题,简化为弹丸的轴向侵彻运动和靶板"土盘"的径向运动两个准一维运动,并对杆弹侵彻钢纤维混凝土靶进行工程近似计算,其中钢纤维混凝土的锁应变本构模型考虑钢纤维含量、压力相关性、应变率效应的影响。计算的结果与实验结果相近,符合弹丸侵彻混凝土类材料靶板的规律。     

弹体高速侵彻超高性能混凝土靶机理

为研究弹体高速侵彻超高性能混凝土的现象和规律,对钢纤维体积分量为1.0％的C120超高性能混凝土和钢纤维体积分量为2.5％的C160超高性能混凝土开展准静态单轴压缩试验、劈裂抗拉试验和弹体高速侵彻试验.采用修正的美国国防研究委员会(NDRC)经验公式和量纲分析得到的经验公式,对侵彻超高性能混凝土试验中的弹体侵彻深度进行...     

装配式建筑钢纤维性能仿真分析

制备不同密度钢纤维轻骨料试样,测试其抗压强度及单轴拉伸性能,分析力学性能。结果表明:加入聚合物乳液改性后,可提升载荷下钢纤维轻骨料试样裂缝约束能力,增强承载性;添加钢纤维的轻骨料密度为1695 kg/m³时,墙体降温隔热效果最好,韧性好,抗拉强度高。     

UHSPE纤维的表面改性及其增强复合材料防弹性能的研究

对超高强聚乙烯纤维的表面进行电晕放电及二次处理,通过扫描电镜、红外光谱分析了它的表面形态和化学结构变化.SEM图像表明,电晕造成纤维表面出现微裂纹,而且微裂纹的数量和大小随电晕强度的增加而增加.ATR-FTIR光谱显示, 纤维表面同时出现含氧基团,也随电晕强度的增加而增加;二次处理后,纤维表面的化学结构也发生明显的变化.尽管随着电晕强度的增大,UHSPE纤维的拉伸强度连续下降,但经过4kW的电晕处理一段时间后,UHSPE纤维/乙烯基树脂复合材料的层间剥离强度和V50值都出现了最大值,这为进一步研究超高强聚乙烯纤维增强复合材料的防弹性能提供了理论依据.