分层介质动态力学性能的实验研究

采用Φ75mm分离式霍普金森压杆实验装置,对由普通混凝土与泡沫混凝土组合的分层介质的动态力学性能进行了研究。结果表明,应力波通过普通混凝土时的衰减仅为其原来峰值的5%¹0%,应力波通过泡沫混凝土时其峰值衰减为原来的1/5。由此说明在含泡沫混凝土与普通混凝土的分层介质中,泡沫混凝土提供削波与延缓应力波作用时间的作用,普通混凝土则为其提供较高强度。通过对分层介质应力衰减和动量变化的分析表明,分层介质在动态力学行为上表现为较大的塑性和应变率相关性,其应力衰减主要取决于泡沫混凝土材料。     

泡沫铝衰减一维应力波特性研究

为了解泡沫铝衰减一维应力波特性,完善泡沫铝动力性能的理论体系。首先运用一维应力波理论及泡沫铝的力学特性,对应力波在泡沫铝中的传播规律及泡沫铝衰减应力波性能等问题进行了理论分析。然后基于SHPB(霍普金森压杆)技术,运用LS-DYNA对一维应力波在泡沫铝中的传播规律及泡沫铝衰减应力波特性进行了数值模拟研究。理论与数值模拟结果均表明:在应力波的传播路径上增加泡沫铝,应力波通过泡沫铝后,其应力幅值、波长、及应力幅值作用时间均发生明显的变化;在该条件下,增加5 mm厚的泡沫铝,一维应力波经过泡沫铝后,可以衰减掉未增加泡沫铝时应力幅值的39.9%,应力波由原来的矩形波变成三角形波,波长与持续时间也显著减小。同时,厚度对泡沫铝衰减应力波幅值具有较为明显的影响,相同能量的应力波通过泡沫铝材料厚度越厚,则应力波幅值衰减越明显;由此可知,泡沫铝用于防护冲击与爆炸荷载的缓冲吸能材料方面具有非常好的应用潜力。     

一种量测松散介质对应力波衰减效应的实验方法及其在珊瑚砂中的应用

砂土等松散介质对在其中传播的应力波有非常明显的衰减作用,因此,松散介质常常作为爆炸波消波材料被广泛应用于防护工程中。为了准确地量测松散介质对应力波的衰减效应,基于并改进了传统SHPB装置,提出了一种定量研究应力波在砂土介质中衰减规律的新方法。该文方法适用于所有在冲击荷载的应变率范围内（约1~102 s-1）应变率效应不明显的松散介质。方法基于拟合的透射系数T₂,通过杆中的三波（入射波、反射波和透射波）计算得到试件两端真实的峰值应力,还可以计算试件的弹性波速、峰值应力速度、试件端部应力波的前沿升时等关键参数,简单实用,可操作性强。采用提出的方法,对干燥珊瑚砂进行了应力波衰减实验,得出了应力波荷载峰值随传播距离的衰减规律。经对比实验与参数讨论发现,拟合透射系数引起的结果误差不超过2.83%,具有很好的可靠性与实用性。     

φ40mm孔径下爆炸应力波衰减特性试验研究

为了研究爆炸应力波在基岩中的传播和衰减规律,利用不同标号的混凝土代替不同等级围岩,对φ40 mm孔径下不同装药结构的工况进行爆破试验。通过制作及预埋PVDF薄膜传感器,测量6种装药结构下不同距离处的爆炸应力峰值,探究不同药量、不同岩石性质对爆炸应力波传播的影响。通过试验得到了C20、C30、C40混凝土试件在试验所涉及的范围内爆炸应力波随传播距离衰减的指数关系式。试验结果表明随着介质波阻抗的增大,该介质内部的爆炸应力波衰减系数会增大的规律,同时也验证了利用PVDF传感器测量混凝土内部的爆炸应力峰值这一方法是可行的,测试数据是可靠的,对后续不同岩土介质下的应力衰减规律研究和工程应用有一定的指导意义。     

分层介质冲击响应的SHPB实验研究

借助SHPB实验装置建立了用于分层介质动态性能研究和数据分析的实验方法,通过调整子弹速度进行反复试验,测得由C30混凝土和泡沫混凝土组成的硬-软分层介质在冲击荷载下的应力、应变随时间的变化关系。实验结果显示,硬-软分层介质表现出的塑性性质明显强于硬材料的塑性,在应力、应变增加时,弹性模量逐渐减小,软材料的吸能作用很好的保护了硬材料,说明硬-软分层介质具有很好的抗高速冲击和削波作用。     

柱壳结构的弥散效应及对应力波的削弱作用

以防护层中新型抗爆工程设计为背景,对含孔穴或柱壳混凝土介质中应力波的衰减和演化规律进行理论和数值分析。经过分析和数值计算发现,应力波在孔穴或柱壳表面附近呈现明显的弥散和绕射现象,此两种结构对下方的应力波有显著的削弱作用,但柱壳结构在防护效果上明显优于孔穴结构。同时,针对不同半径的柱壳结构进行数值计算,结果表明：随着柱壳半径的增大,结构的削波性能和防护范围得到提高;当将多个柱壳水平等间隔的进行排列时,其下方各测点的应力峰值基本相等,且明显小于单个柱壳时其下方各相应测点应力峰值的最小值。其结果为在抗爆防震工程中科学的防护层的设计提供了一定的理论依据。     

不耦合装药混凝土中应力波传播的数值分析

运用有限元软件对不耦合装药条件下混凝土中应力波传播进行数值分析,分析了应力波随时间的衰减曲线和速度时间曲线,得出应力波通过水介质传到混凝土中压力均匀、强度衰减较缓慢、传播距离较远,以及炮眼周围混凝土的破坏形态.解释了混凝土自由面在拉应力波作用下的层裂现象.模拟结果对爆破理论和物探方面具有一定的参考价值.     

爆炸应力波在含层理介质中传播规律的实验研究

采用超高速数字图像相关实验系统,进行了爆炸应力波在含层理结构的PMMA试件中的传播试验,分析了全场应变的演化过程和相关测点的应变时程变化。实验结果表明:爆炸应力波在含有层理的介质中传播时,层理远区的应力波衰减幅度比层理近区的应力波衰减幅度大。通过应变云图的演化过程发现,应力波遇到层理后会发生反射,入射拉伸波与反射拉伸波叠加形成了较强的拉伸集中区,并沿着层理向两端扩展逐步减弱。此外,通过数据拟合得到了层理内、外侧的应变峰值衰减规律,应变峰值的衰减随距离基本是线性的,且层理内侧的应变衰减速度大于层理外侧的。     

应力波在泡沫铝夹层三明治板中传播规律的数值研究

根据 Gibson 理论模型确定出泡沫铝的力学参数,设计出不同密度组合的5种数值计算模型,利用非线性动力学程序 LS-DYNA 研究了爆炸载荷作用下,应力波在泡沫铝夹层三明治板中的传播规律。对其缓冲吸能、衰减应力波特性进行对比分析。研究结果表明：由 Gibson 理论模型确定出的泡沫铝力学参数,在 CrushableFoam 本构模型中能够较好地反映应力波在不同介质界面间的反射与透射情况,与弹性波理论吻合度较高。在总体密度相同的情况下,H-M-S 梯度结构对爆炸冲击波具有更好的缓冲效果。其对应力波的持续削弱能力和爆炸冲击能量的持续吸收能力都要强于其他结构。     

多层介质中装药起爆位置对爆炸能量传递影响的数值模拟

阐述的多层介质由半无限的混凝土、土壤层和岩石层组成。采用数值模拟软件LS-DYNA模拟了多层介质中带壳装药在其不同端面起爆时爆炸产生的应力波在半无限混凝土介质中的传播过程,得到了装药不同端面起爆时产生的应力波在混凝土中随时间和位置的变化规律。模拟结果表明,在装药底端面起爆时爆轰能量利用率较高,对混凝土的作用效果较好,为提高装药结构威力设计提供了参考依据。     

层理面对水压爆破应力波传播规律的影响

水压爆破应力波的传播过程决定了爆破的作用效果及影响范围,层状岩体中的层理面特征对水压爆破应力波的传播路径及衰减具有直接影响.为明确水压爆破应力波在层状岩体内的传播规律及影响因素,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,研究了层理面位置及其介质属性对水压爆破应力波传播的影响规律.结果表明:水压爆破相对于常规爆破产生的初始应力...     

冲击波在泡沫铝中的传播和衰减特性

用平面冲击波实验对相对密度为0.396的开孔泡沫铝的冲击波压缩特性进行了研究,采用PVDF传感器技术测量并分析了泡沫铝中的冲击波应力波形及其传播速度.在泡沫铝样品中不同位置处记录的应力波形显示随着在泡沫铝中传播距离的增加,冲击波应力峰值迅速衰减,归一化的冲击波应力峰值随传播距离呈指数关系变化,另外,冲击波的传播速度也随距离的增加而呈线性关系减慢.     

超高韧性水泥基复合材料的层裂试验研究

层裂是材料遭受冲击、爆炸等高速荷载时的一种常见破坏方式。该文利用直径80 mm的霍普金森杆实验装置,研究了超高韧性水泥基复合材料UHTCC （Ultra High Toughness Cementitious Composites）中应力波的传播特性和材料的层裂强度。通过在试件表面粘贴5组应变片,获得了在0.2 MPa、0.3 MPa、0.4 MPa、0.5 MPa打击气压下,UHTCC中应力波的传播曲线。利用高速摄影机记录层裂试验,观测了UHTCC的层裂破坏过程。由试件表面应变片测得的应力波曲线,计算了材料中的应力波波速、动态弹性模量,分析了应力波在该材料中传播的衰减规律,并计算出不同打击气压下材料的层裂强度及应变率。试验结果显示: UHTCC的层裂过程相比混凝土具有更多的韧性特征; UHTCC中的应力波峰值在0 mm~500 mm范围内衰减迅速;在同等应变率下,UHTCC与静态抗拉强度相近的混凝土相比,层裂强度高出10 MPa左右,且UHTCC的层裂强度具有明显的应变率敏感性。     

爆破地震波穿越不同介质结构面的衰减效应

为探索爆破地震波穿越不同充填介质结构面的振动速度、频率和能量分布的衰减规律,采用混凝土边坡相似模型进行爆破振动试验。通过分析爆破地震波的峰值振动速度、边际能量谱和各频带能量百分比,获得了爆破地震波穿越无结构面与结构面充填泥、细沙、水和空气的衰减规律。结果表明:当充填介质波阻抗越小,地震波的峰值能量和峰值振动速度衰减越快,频率上表现出高频滤波作用越强,在频带间能量分布变窄,主频带有往低频带0~20 Hz聚集的趋势;值得注意的是,当水作为充填介质时,不仅水的波阻抗会影响地震波的衰减,而且水的微压缩连续性也会使峰值能量和峰值振动速度衰减更慢,能量在频带间分布更广,水的流动性则会造成爆破地震波的主频带在各传播方向上分布不一。在相同充填介质条件下,随着结构面倾角增大,峰值振动速度在各传播方向上均减小。     

爆破地震波穿越不同介质结构面的衰减效应

为探索爆破地震波穿越不同充填介质结构面的振动速度、频率和能量分布的衰减规律,采用混凝土边坡相似模型进行爆破振动试验。通过分析爆破地震波的峰值振动速度、边际能量谱和各频带能量百分比,获得了爆破地震波穿越无结构面与结构面充填泥、细沙、水和空气的衰减规律。结果表明:当充填介质波阻抗越小,地震波的峰值能量和峰值振动速度衰减越快,频率上表现出高频滤波作用越强,在频带间能量分布变窄,主频带有往低频带0～20 Hz聚集的趋势;值得注意的是,当水作为充填介质时,不仅水的波阻抗会影响地震波的衰减,而且水的微压缩连续性也会使峰值能量和峰值振动速度衰减更慢,能量在频带间分布更广,水的流动性则会造成爆破地震波的主频带在各传播方向上分布不一。在相同充填介质条件下,随着结构面倾角增大,峰值振动速度在各传播方向上均减小。