Φ100mm SHPB应力均匀及恒应变率加载试验技术研究

大直径分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置被越来越多地应用于混凝土等脆性材料的高应变率力学性能研究,试件在破坏前,满足应力均匀分布要求,且保持恒应变率加载,是保证SHPB试验有效性及试验结果可靠性的关键.以提高试验结果准确性为研究目标,以C50素混凝土的SHPB试验为例,采用Φ100mm SHPB试验装置,对试验中的应力均匀及恒应变率加载技术进行研究,包括波形整形器的设计、近似恒应变率的估算、最佳近似恒应变率的确定以及应力均匀性检验.结果表明:厚度为1mm,直径分别为20mm、25mm、30mm、35mm的H62黄铜波形整形器对入射波形有明显的改善效果,可将入射脉冲上升沿的升时延长1～2倍,且波形呈半正弦状;应变率对于波形整形器的直径很敏感,随着整形器直径的增大,最佳近似恒应变率也在增加,一个几何尺寸的波形整形器只能对应于一个最佳近似恒应变率,且与整形器的直径之间满足线性函数关系.     

SHPB测试中岩石试件应力均匀性分析研究

对花岗岩、千枚岩、磁铁石英岩三种岩石进行SHPB应力均匀性试验测试,研究表明:试件内达到应力均匀时间介于弹塑性状态假设条件下试件内达到应力均匀时间之间,且试件内达到应力均匀时间与二者的平均值具有一定的相关性。试验中子弹的冲击速度在一定范围内,能够使三种岩石满足应力均匀性的要求,且在断裂应变达到1%之前均有较长的恒应变率时间段。     

SHPB测试中岩石试件应力均匀性分析研究

对花岗岩、千枚岩、磁铁石英岩三种岩石进行SHPB应力均匀性试验测试,研究表明:试件内达到应力均匀时间介于弹塑性状态假设条件下试件内达到应力均匀时间之间,且试件内达到应力均匀时间与二者的平均值具有一定的相关性。试验中子弹的冲击速度在一定范围内,能够使三种岩石满足应力均匀性的要求,且在断裂应变达到1%之前均有较长的恒应变率时间段。     

基于脆性材料的SHPB实验研究与展望

本文介绍了岩石、混凝土、陶瓷等脆性材料的分离式霍普金森压杆(SHPB)实验研究进展。总结发现,脆性材料进行SHPB实验时主要存在应力波几何弥散、试件应力不均匀及非恒应变率加载、高强度脆性材料的二维效应和不完全平面接触等问题。结合SHPB实验原理和脆性材料自身特性,着重讨论了问题产生的原因及相应的改进技术,并就这一方面更深入的研究工作进行了展望。     

主动围压下岩石的冲击力学性能试验研究

利用具有主动围压加载装置的直径为100 mm分离式Hopkinson压杆（SHPB）试验装置和薄圆形紫铜片作为波形整形器,研究了斜长角闪岩在不同围压等级（0~6 MPa）、不同应变速率（50~170 s-1）下的动态力学性能,并对试验有效性进行了分析。试验结果表明：斜长角闪岩的动态强度增长因子与应变率的对数呈近似线性关系,强度与比能量吸收随应变率的增加而近似线性增加,体现了显著的应变率相关性;在同等级应变率范围内,随着围压的增加,岩石的增强效果与增韧效果逐渐增强;同时发现,在围压作用下,岩石的破坏由拉伸破坏向压剪破坏逐渐过渡和发展。SHPB试验中,近似恒应变率加载时间比例约为69.5 %,能够较好地满足应力均匀分布及近似恒应变率加载要求,表明SHPB试验的有效性和结果的可靠性     

围压下岩石的冲击力学行为及动态统计损伤本构模型研究

采用改进后具有主动围压加载装置的f100mm 分离式Hopkinson压杆(SHPB)试验装置,研究了斜长角闪岩在不同围压等级(0MPa~6MPa)和不同应变率(50s^-1~170s^-1)下的冲击压缩力学性能。试验结果表明：在相同围压下,斜长角闪岩的动态抗压强度随应变率的增加而近似线性增加,动态增长因子与应变率的对数呈近似线性关系,体现了显著的应变率相关性;在同等级应变率范围内,随着围压的增加,岩石的增强效果逐渐增强,显现出较强的围压效应。采用组合建模的方法,将统计损伤模型和粘弹性模型相结合,建立了基于Weibull 分布的动态损伤本构模型。验证发现,修正后的模型曲线和试验曲线吻合较好,表明所构建本构模型是合理的,可为进一步研究和工程应用提供一定的参考。     

钢纤维混凝土等幅弯曲疲劳加载下的疲劳应变和疲劳模量以及损伤研究

利用已有试验数据,对最大疲劳应变和疲劳残余应变进行拟合,得到疲劳应变演化方程,其相关系数均在0.97以上。考虑到等幅弯曲疲劳加载条件下,疲劳模量与疲劳应变成反比关系,利用对称性,由疲劳应变演化方程得到疲劳模量演化方程,通过拟合试验结果,发现由疲劳模量演化方程表达的拟合曲线与试验曲线吻合很好,其相关系数均在0.99以上。最后,利用疲劳应变与疲劳模量定义损伤变量,得到损伤变量演化曲线,经对比发现,由最大疲劳应变和疲劳残余应变定义的损伤变量演化曲线基本一致,且相差很小;而由疲劳模量定义的损伤变量演化曲线明显大于由疲劳应变定义的损伤变量演化曲线。     

HQ80C 和 HQ100钢剪切屈服强度对温度和应变速率的敏感性

本文对 HQ80C 和 HQ100 钢在不同温度、不同应变速率下的屈服强度进行了研究。发现在不同温度的τ_s-lg(?)关系曲线上,Rosenfield 定义的Ⅰ区和Ⅱ区同属于位错运动的热激活机制。将Dorn-Rajnak 理论用于本研究,证明本文所研究的两种材料的形变对温度和应变速率敏感的机理是位错运动的 Peierls 机制中的 P-N 力对其敏感所致。     

循环荷载水平与加载频率耦合作用下的软粘土特性研究

通过不排水循环三轴试验,并考虑不同循环应力水平及加载频率的影响,研究了软粘土在循环荷载作用下的孔隙水压力及变形特性,分别探讨了这些特性随循环加载时间和加载次数的不同变化规律。研究结果表明,对于相同循环应力水平,相同加载次数下不同加载频率的软粘土特性有所不同,而相同加载时间下不同加载频率的软粘土特性基本相同。此外,无论加载频率为何数值,一旦循环应力水平超过临界值,软粘土破坏必将发生。为了深入研究应力水平和加载频率的耦合作用,该文从应力控制循环加载试验中的应变速率着手,对软粘土的特性进行了分析。结果表明,在应力水平相同的情况下,软粘土在不同加载频率下的应变速率是基本相同的,由此可得对于软粘土在循环荷载作用下特性的影响,应力水平比加载频率更为重要。     

剪切带内部应变(率)分析及基于能量准则的失稳判据

应用应变梯度塑性理论对局部化剪切带内部(塑性)剪应变(率)规律进行了理论分析.研究了剪切降模量及岩石材料内部长度等参数对剪切带内部应变(率)的影响.推导了剪应力(率)与剪切带相对错距(速度)的本构关系.研究了剪切降模量和岩石材料内部长度对剪切带稳定性的影响.将岩石试件直剪试验试验机简化为钢块,采用能量准则对岩石试件(剪切带)及钢块系统的稳定性进行了理论研究,提出了系统失稳判据.研究表明;岩石材料的剪切降模量越大,岩石材料的内部长度越小,试验机的剪切刚度越小及试验机的等效高度越大剪切带--钢块系统越容易失稳.     

孔挤压过程中孔边应力应变演化规律的试验与模拟研究

该文采用挤压棒直接挤压的方法对LY12CZ铝合金进行孔挤压试验,测试了在不同过盈量、不同润滑条件下挤压时挤压力和孔边应变变化曲线。建立三维有限元模型,对挤压过程开展了数值模拟。结合试验和模拟结果,揭示了挤压过程中孔边应力应变的演化和分布规律;挤压力的变化特征以及摩擦系数和过盈量对挤压力的影响;孔的深度方向切向应力在挤压过程中的分布及孔边残余压应力的来源与演变。模拟值与试验测量值吻合良好,验证了有限元模拟的可靠性。     

基于纤维模型的钢筋混凝土柱应变率效应研究

该文基于钢筋混凝土柱构件的快速加载试验数据,分别采用CEB规范和Kulkarni和Shah建议的考虑应变率效应的混凝土动力本构关系,运用纤维模型建立了其动力纤维单元模型,并对单调快速加载下的构件的恢复力特性进行了数值模拟。与试验结果的比较表明所采用的两种动力本构模型均能够反映钢筋混凝土柱承载力随加载速率的提高而提高的特...     

三维四向编织复合材料动态压缩性能实验研究

利用分离式霍普金森压杆(SHPB)研究了三维四向编织碳纤维环氧树脂复合材料在动态压缩载荷作用下的力学性能。在横向对复合材料进行了动态压缩实验,得到了应变率从900/s―1500/s下的应力-应变曲线,并且与准静态压缩下的结果进行了对比。分析比较了应变率对三维编织复合材料横向压缩强度和模量的影响。实验中根据SHPB理论假设,采用波形整形技术,使得试件在加载过程中处于应力平衡和均匀变形状态。实验结果表明:压缩强度和模量具有一定的应变率强化效应;与准静态结果相比,在高应变率下的复合材料的强度和模量有明显的增大,并表现出明显的脆性。还分析了应变率对复合材料破坏模式的影响。     

钢筋混凝土长柱快速轴心受压试验与模拟研究

为了研究钢筋混凝土长柱在快速轴心受压加载下应变率和惯性效应对其性能的影响,开展了钢筋混凝土长柱快速轴心受压加载试验和动力有限元模拟研究。设计了两组共6根构件,长细比分别为12和22,快速加载试验中实测混凝土材料应变率达到10^-3/s数量级。试验结果表明,与准静载相比,快速轴心受压下构件承载力及对应的轴向变形均有不同程度的提高,并且动力增大系数随长细比增大而增大。将CEB-FIB模式规范的混凝土材料动态应力-应变关系引入混凝土塑性损伤模型,在ABAQUS中建立了钢筋混凝土长柱快速轴心受压下力学性能分析的显式动力有限元模型,数值模拟结果与试验结果吻合良好。最后,运用所建立的有限元模型分析快速加载下构件承载力动力效应的形成机制。分析结果表明,构件长细比较小时其惯性效应可以忽略,动力增大系数可以主要由应变率效应来描述,随长细比增大,惯性效应对动力增大系数的贡献越来越明显,而应变率效应仍不可忽略。