EPS泡沫冲击压缩和吸能特性试验研究

采用小直径霍普金森压杆(SHPB),对3种密度的聚苯乙烯(expanded polystyrene,EPS)泡沫进行冲击测试,得到了5种应变率下的应力-应变全曲线.为了比较EPS泡沫在冲击荷载和准静态加载下的不同响应,对EPS泡沫试样进行3种应变率下的准静态单轴压缩试验.探讨了泡沫密度、加载应变率对EPS泡沫应力-应变行为、能量吸收性能和破坏特征的影响,应用能量吸收能力、吸能效率曲线和能量吸收图评价了其在冲击荷载下的能量吸收性能.结果表明:泡沫初始密度和加载应变率对EPS泡沫的吸能与冲压特性具有较大影响.     

EPS混凝土静态压缩和劈裂性能

试验研究了4种(表观)密度的EPS(发泡聚苯乙烯)混凝土的静态压缩性能和劈裂性能,建立了较低密度EPS混凝土的应力-应变关系模型,赋予了各参数相应的物理意义.结果表明:当EPS混凝土密度较高时,其呈现出明显的准脆性材料特性;当EPS混凝土密度较低时,其呈现出明显的泡沫吸能材料特性.所建立的较低密度EPS混凝土应力-应变关系模型能较好地拟合试验结果.相同相对密度的EPS混凝土,其相对劈裂强度表现出明显的粒子尺寸效应.随EPS混凝土相对密度的降低,其相对劈裂强度粒子尺寸效应逐渐减小.     

抗爆缓冲材料动态力学特性及微观破裂分析

采用准静态、落锤冲击和分离式霍普金森压杆(SHPB)试验研究方法,借助电镜扫描(SEM)手段,对泡沫Al、Al-Si12基、Al-Si6基、泡沫Mg及Al–纤维和Al–稀土闭孔泡沫材料进行吸能特性试验研究,并讨论其微观破坏特征。准静态试验结果表明,基体材料不同,应力–应变曲线和吸能性能关系差异较大,抗压强度值最大为5 MPa左右。落锤冲击应力–应变和吸能特性试验结果说明,冲击载荷作用下材料抗压强度提高较大,最高可达15 MPa,吸能值最大达29 J。SHPB试验结果得出缓冲吸能性能良好的泡沫材料参数以密度为0.35～0.70 g/cm3,孔隙度为65%～87%,孔径为1.0～4.0 mm为宜。静态与冲击试验微观破坏结果均说明泡沫Al材料具有明显的撕裂痕迹,表现出韧性断裂特征。与准静态试验结果相比,冲击速度增大后,材料强度和吸能性能得到更好发挥,泡沫Al材料吸能值最大,变形空间较大,更适合用于防冲吸能支护材料。相似模拟试验结果表明,锚杆支护、U型钢支护巷道都存在不同程度的冲击变形或破坏,防冲支护巷道发生冲击后整体性较好。     

相对密度对泡沫铝动态压缩力学性能的影响

采用分离式霍布金森压杆（SHPB）技术,研究了相对密度对泡沫铝的动态力学性能的影响。结果表明：泡沫铝动态压缩应力一应变曲线具有多孔泡沫材料明显的三阶段特征,即线弹性阶段、塑性屈服平台阶段及致密阶段。相对密度对泡沫材料屈服强度和流动应力有很大影响,在动态响应下泡沫铝的应力均随相对密度的增大而增大,根据Gibson的公式进行分析,得出泡沫铝的动态压缩力学性能与相对密度的关系式。     

闭孔泡沫铝材料的穿孔法剪切试验

为获取泡沫铝材料的抗剪强度,采用穿孔剪切方法对2种不同相对密度、不同孔径尺寸的铝硅闭孔泡沫铝材料进行了试验测试。结合抗压强度试验结果,分析并验证2种材料剪切试验过程中不同的破坏过程,给出了抗剪强度的确定方法。试验结果表明：穿孔法用于泡沫铝材料的抗剪强度测试是可行的,但应合理确定穿孔器直径和试件厚度,避免在剪切过程中出现试件的压缩破坏。所得结论可为其他泡沫金属材料的剪切性能试验提供参考。     

泡沫混凝土抗爆性能的试验研究

通过对自行设计的混凝土-泡沫混凝土-混凝土复合防护结构在爆炸冲击波作用下的吸能特性进行了试验研究,就不同密度的泡沫混凝土在复合防护结构中抗爆吸能作用进行了比较。结果表明:①复合防护结构中泡沫混凝土层具有明显的吸能作用;②随着泡沫混凝土密度的减小,经过该层后爆炸冲击波峰值应力、应变急剧衰减;③复合防护结构的抗爆吸能是以牺牲外层及泡沫混凝土来保护下层结构的。     

陶粒泡沫混凝土的力学性能及吸能特性

以快硬硫铝酸盐水泥为结合剂,与陶粒、预制泡沫混合制备得到陶粒泡沫混凝土.探讨了泡沫混凝土密度与陶粒粒径匹配关系对陶粒泡沫混凝土在静态单轴压缩下的破坏模式、抗压强度、压实应变和能量吸收的影响.结果表明:随着泡沫混凝土密度的提高或陶粒粒径的增大,陶粒泡沫混凝土发生非界面破坏的现象逐渐显著,由此确定出与3种粒径陶粒相匹配的泡沫混凝土的密度范围;随着泡沫混凝土密度的提高,陶粒泡沫混凝土的抗压强度和能量吸收能力均显著提高,压实应变随之减小;随着陶粒粒径的增大,陶粒泡沫混凝土的抗压强度先增后减,压实应变先减后增,能量吸收能力逐渐增强.     

玄武岩纤维混凝土冲击压缩韧性

介绍了利用Φ100 mmSHPB装置获得玄武岩纤维混凝土冲击压缩在3种应变率范围下的应力-应变曲线的试验研究.并以应力-应变全程曲线所围面积作为韧性指标,对玄武岩纤维掺量分别为0、0.1%、0.2%和0.3%的混凝土在冲击荷载下增韧特性进行了对比分析.研究表明,在0～0.020应变范围内,4种掺量的玄武岩纤维混凝土中,BFRC0.2韧性最高,尤其在50/S～60/S应变率范围内,比素混凝土韧性指标提高了12.7%;应变较低时,一般素混凝土的韧性指标最高:与素混凝土相比,在应变率较低时,3组掺玄武岩纤维的混凝土韧性均有所提高,而在80/S～100/S应变率范围下,BFRC0.3韧性最低.     

玄武岩纤维增强水泥基复合材料冲击压缩性能研究

利用φ50 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)装置对玄武岩纤维增强水泥基复合材料(BFRCC)进行冲击压缩试验,通过对3种不同纤维掺量的BFRCC试件在不同应变率下的动态压缩力学性能、吸能性能和韧度指数进行试验研究,结果表明:不同纤维掺量BFRCC的动态抗压强度、破碎状态、韧度系数等均具有明显的应变率效应;相近应变率条件下随着纤维掺量的增加,BFRCC试件的能量吸收呈现上升趋势;随纤维掺量的增加,BFRCC的韧度系数上升速率增大。     

隧道减震层聚丙烯泡沫混凝土力学性能分析

隧道减震层为提升高烈度地震区隧道抗震性能的重要措施,减震层的材料性能是影响隧道减震效果重要因素。为探究一种适合隧道减震层的聚丙烯泡沫混凝土,并对其制备工艺及力学吸能特性进行分析。基于聚丙烯泡沫体积含量指标,采用代石法配制了多种体积含量的聚丙烯泡沫混凝土,通过试验探明了表观密度、抗压强度、弹性模量、泊松比、静动态吸能特性等随聚丙烯泡沫体积含量的变化规律。研究成果表明：(1)当发泡聚丙烯(EPP)体积含量从0增加至28%时,表观密度为2 331～1 451 kg/m³,抗压强度为54.5～11.2 MPa,抗拉强度为3.6～1.6 MPa,弹性模量为34.0～16.0 GPa,泊松比为0.19～0.28,建立了物理力学性能与EPP体积含量关系表达式;(2)随着EPP体积含量的增加,混凝土静态吸能呈现先增大再减小后增大的趋势,当EPP体积含量为11%时,静态吸能效果最好;(3)随着EPP体积含量的增加,混凝土动态吸能呈现逐渐增大的趋势,当EPP体积含量为28%时,动态冲击吸能效果最好。研究成果可为聚丙烯泡沫混凝土作为减震吸能材料应用提供理论依据。     

赋存深度对玄武岩变形破坏及能量特征的影响研究

采用MTS815试验机对门头沟急倾斜煤层底板7个不同深度、共计21个玄武岩试件进行了单轴抗压实验,获得了同种岩性不同赋存深度玄武岩破坏的全应力-应变曲线,分析了赋存深度对玄武岩变形破坏特征及破坏能的影响。实验表明,单轴压缩下埋深较浅的玄武岩几乎都出现Ⅱ类形式破坏;随着埋深逐渐增加,开始有小部分试件出现Ⅰ类形式破坏,可见单轴压缩下门头沟玄武岩出现Ⅱ类应力-应变曲线是普遍现象。Ⅱ类曲线反映了某些岩石材料固有的力学性质,若曲线由伺服压力机获得,采用环向位移控制的方式是基本条件,同时岩石本身应具备均质性好、强度高、弹性模量大、泊松比小等特点。计算表明玄武岩破坏时试验机所做的功以及破坏过程中耗散能是反映岩石性能的两个重要指标:随赋存深度的增加,两者在整体上呈上升的趋势,且耗散能随着温度的变化相对更为明显。漫长的地质年代里地球自转、重力影响和地应力的差异导致了玄武岩的矿物组成及颗粒大小随着深度发生变化,这是导致深部玄武岩力学性能显著提高的主要原因。另外,岩层特殊的位置分布导致埋深600 m上下岩石所处的应力状态不同,这也是玄武岩性能局部突增的主要原因之一。     

不同养护条件下玄武岩纤维混凝土动态压缩力学特性及能量耗散研究

为探究冲击荷载作用下养护条件对玄武岩纤维混凝土力学性能的影响,采用分离式霍普金森压杆试验装置(SHPB)对不同养护龄期(1 d、3 d、7 d、14 d、28 d)及养护相对湿度(35%、55%、75%、95%)的玄武岩纤维混凝土开展动态单轴压缩试验,分析养护龄期及养护相对湿度对试件的平均应变率、峰值应力、能量耗散及分形维数的影响规律。结果表明：相同冲击荷载作用下试件平均应变率会随养护龄期的增长、相对湿度的增大而降低,峰值应力随之增大,养护龄期与平均应变率间呈指数负相关,与峰值应力间呈指数正相关;冲击荷载作用下试件能量时程曲线可分为三个阶段,其透射能、耗散能及破碎耗能密度均随养护龄期的增长、相对湿度的增大而增大,反射能随之降低,养护龄期的增长、相对湿度的增大会使试件水化产物增多,增强试件整体性;养护相对湿度为95%时,相较于养护龄期为1 d试件,养护龄期为3 d、7 d、14 d、28 d试件分形维数降幅分别为8.61%、13.91%、23.58%、26.68%,养护龄期减少、相对湿度降低会使试件破碎程度增加,分形维数随之增大。     

混凝土/聚氨酯泡沫铝板复合夹层结构抗冲击性能研究

为研究聚氨酯泡沫铝板作为混凝土吸能层时对冲击破坏的保护效果,利用落锤冲击试验机对复合夹层结构进行冲击试验。试验结果表明,在相同冲击荷载作用下,当吸能层厚度成倍增加时,顶层混凝土板破坏程度无明显减弱,底层混凝土板受保护效果显著,其中最大峰值荷载相对持平,零点持续时间和回弹位移都随之增加。当吸能层总厚度不变,由单夹层结构变为双夹层结构时,顶层混凝土板破坏程度减弱,底层混凝土板变化不大,最大荷载力值减少43%,压缩深度减少一半,锤头剩余能量明显增多。     

高应变率下聚氨酯泡沫材料动态力学性能研究

在静力试验的基础上,利用INSTRON-1185型万能材料试验机在快速加载条件下对不同应变速度的聚氨酯泡沫材料动载抗压性能进行了较系统的试验,完整给出了聚氨酯泡沫材料在高应变速率下的动态应力应变曲线,定性研究了聚氨酯泡沫材料的动态力学行为,探讨了该材料性能与加载速率的关系,得到了考虑应变率效应的材料动态本构关系,最终给出了便于工程应用的材料静态和动态力学参数之间的关系.     

超短钢纤维高强混凝土静力与动力抗压特性对比试验及分析

采用长度9mm、直径约0.45mm的平直型超短钢纤维,研制了钢纤维体积含量0%、3%和6%的钢纤维高强混凝土,对它们进行了准静态的压缩试验和冲击压缩试验,得到两种材料在不同应变速率下的全过程应力应变曲线,对比分析了静态和动态条件下钢纤维含量对超短钢纤维高强混凝土的影响。     

钢纤维混凝土应变速率敏感性及本构模型研究

研究了单向应力状态下钢纤维掺量为2.0%的钢纤维混凝土在应变速率为10-5、10-4、5×10-3s-1时的强度特性和变形特性,在此基础上,推导了钢纤维混凝土的单轴应力-应变全曲线。结果表明,普通混凝土的单轴抗压强度、弹性模量、吸能能力随应变速率的提高而提高;钢纤维混凝土的单轴抗压强度、弹性模量随应变速率的提高而提高,但吸能能力随应变速率的提高而降低;钢纤维对混凝土的抗压强度影响不大,但很好地改善混凝土的延性,相同应变速率下钢纤维混凝土的峰值应变较普通混凝土有所增加;相同基体强度的钢纤维混凝土吸能能力强于普通混凝土,但弹性模量比普通混凝土小;推导的应力应变曲线能够很好地描述钢纤维混凝土在不同应变速率下的应力应变全曲线关系。     

加载速率和围压对煤能量演化影响试验研究

借助TAW-2000型电液伺服岩石力学试验系统进行了不同加载速率和不同围压下煤样的单轴压缩和三轴压缩试验,研究了加载速率和围压对煤样能量耗散特征的影响规律,探讨了煤样耗散应变能转化速率随加载速率和围压的变化规律。研究表明:单轴压缩试验第Ⅰ阶段试件的弹性应变能随加载速率的增加呈现先增大后减小的特点,耗散应变能转化速率均处于较低水平,且与加载速率呈负相关,第Ⅱ阶段耗散应变能随加载速率的增加也呈先增大后减小的趋势,各煤样耗散应变能转化速率的最大值均出现在峰值点或峰后轴向应力陡然跌落点。耗散应变能转化速率对围压十分敏感,围压越大,耗散应变能的转化速率也越大,煤样变形损伤越快。     

泡沫混凝土吸能减震的研究与应用

泡沫混凝土具有轻质、隔音耐火、保温隔热、吸能减震等特点,因此被广泛的应用于绿色建筑、节能材料、结构抗震等领域。本文主要综述了泡沫混凝土在吸能减震方面的研究与应用。首先概述了泡沫混凝土的基本特征、吸能减震的原理以及发展历史,而后结合现阶段国内外对泡沫混凝土的研究现状,总结了其在吸能减震方面的研究进展,从密度、孔隙率、细骨料等角度整理了影响泡沫混凝土吸能减震的各种因素,并分析了泡沫混凝土在不同影响因素下吸能减震的机理。最后本文从三个方面对泡沫混凝土吸能减震特性在实际工程中的应用进行了综述,并展望了泡沫混凝土未来的研究方向及其应用领域。     

应变率对有机玻璃在单调压缩下失效的影响

文章利用电子万能实验机对有机玻璃在不同应变率下做了单轴压缩实验,验证了有机玻璃这种典型粘弹性材料的弹性模量和屈服强度对应变率的敏感性,并发现其在单轴压缩下开裂失效对应变率具有正相关性。并引入耗散能密度分析了引起这种率相关性的原因。     

聚苯乙烯泡沫颗粒轻量土水稳定性试验研究

为研究在长期浸水条件下聚苯乙烯泡沫(EPS)颗粒轻量土的水稳定性,通过密度试验和无侧限抗压强度试验研究了轻量土的物理力学性能。研究表明:EPS颗粒轻量土的单轴应力-应变曲线具有应变软化特性,可分为四个阶段:压缩密实阶段、弹性阶段、屈服阶段和破坏后阶段;浸水环境不会影响其应力-应变曲线的类型。浸水时间越长,应力-应变曲线峰值越高,平均变形模量越大,破坏应变越小。同时,轻量土的密度和强度具有良好的稳定性。浸水180 d土的密度绝对变化量为-0.01~0.02 g/cm~3,相对变化量为-3.43%~3.52%;强度的绝对增长量为192.51~618.40 k Pa,相对增长量为42.23%~108.34%,完全能够抵抗浸水环境的侵蚀作用。EPS颗粒轻量土是一种多孔弹塑性材料,其长期浸水条件下良好的水稳定性可使其在南方多雨及河网密集地带应用,轻质高强的特点可有效解决承载力不足、边坡失稳等工程问题。