纤维混凝土动态压缩力学性能的实验研究

利用SHPB（split Hopkinson pressure bar）压杆，采用改进的实验技术对钢纤维混凝土和聚丙烯纤维混凝土进行了动态压缩力学性能实验，通过实验得到不同应变率下的应力-应变曲线，初步讨论了纤维掺量对混凝土的增韧效应、应变率效应、动态弹性模量的影响。     

Damage constitutive model of different age concretes under impact load

In order to investigate the mechanical properties and stress-strain curves of concrete at different ages under impact load,the impact compression tests of concrete at age of 1, 3, 7, 14 and 28 d were conducted with a large diameter split Hopkinson pressure bar, respectively. Based on statistical damage theory and Weibull distribution, combining the analysis of the change laws of stressstrain curves and viscosity coefficient of concrete with age, a damage constitutive model that can reflect the variation in dynamic mechanical properties with age was proposed. The stress-strain curves calculated from the proposed model are in good agreement with those from experimental data directly.     

煤矿砂岩SHPB动态压缩力学性能试验与分析

为研究煤矿砂岩冲击载荷作用下的动态力学特性,利用分离式Hopkinson压杆对皖北矿区祁东煤矿的砂岩试件进行冲击压缩试验,得到了试件应变率变化时程曲线和动态应力一应变曲线。试验结果表明：采用3种冲击气压加栽,入射波形均近似为梯形波;试件应变率随冲击气压提高而增大,应变率曲线中有一段近似恒应变率平台,可实现恒应变率加栽;试件动态破坏形态在低应变率下为径向外围剥落式拉伸破坏模式,在高应变率下则为颗粒状粉碎破坏模式。随应变率增加,碎块尺寸减小且碎块数量增加,具有明显的应变率效应;试件动态抗压强度与平均应变率近似乘幂关系,显示出较强的相关性。     

聚丙烯纤维混凝土的力学性能研究

通过七家实验室的试验数据,对聚丙烯纤维增强混凝土的力学性能进行数据分析,建立以普通混凝土的立方体抗压强度为基础的力学公式,并提出了ＰＦＲＣ的强度标准和设计值,以使这种混凝土能与现行国家混凝土规范并轨。     

铝锂合金材料冲击动态特性的实验研究

采用Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ杆技术，对８０９０铝锂合金材料的冲击压缩特性进行了实验研究，并与传统的ＬＹ１２铝合金进行了比较．实验结果表明：不论是在准静态情况还是冲击载荷情况下，在试样变形相同时，８０９０铝锂合金比ＬＹ１２铝合金可承受更高的压应力；并且８０９０铝锂合金对应变率要比ＬＹ１２铝合金敏感．     

无铅焊锡材料的动态力学性能

利用分离式霍普金森拉压杆技术分别对63Sn37Pb、96.5Sn3.5Ag以及96.5Sn3.0Ag0.5Cu在600、1200以及2200 s^-1应变率下的拉伸和压缩动态力学性能进行了测量,得到了不同应变率下的应力应变曲线.结果表明:3种材料均具有明显的应变率效应,其中,96.5Sn3.5Ag对应变率较为敏感;在相同应变率下96.5Sn3.0Ag0.5Cu呈现出最大的屈服应力和抗拉强度.给出了2种无铅焊料抗拉强度、失效点应变与应变率之间的拟合关系.     

Dynamic Mechanical Characteristics and Damage Evolution Model of Granite

By using the technique of the split Hopkinson pressure bar (SHPB),impact tests at different stress wavelengths(0.8-2.0 m) and strain rates (20-120 s-1) were conducted to study the dynamic mechanical properties and damage accumulation evolution law of granite.Test results show that the dynamic compressive strength and strain rate of granite have a significantly exponential correlation;the relationship between peak strain and strain rate is approximately linear,and the increase of wavelengths generally makes the level of peak strain uplift.The multiple-impacts test at a low strain rate indicates that at the same wavelength,the cumulative damage of granite shows an exponential increasing form with the increase of strain rate;when keeping the increase of strain rate constant and increasing the stress wavelength,the damage accumulation effect of granite is intensified and still shows an exponential increasing form;under the effect of multiple impacts,the damage development trend of granite is similar overall,but the increase rate is accelerating.Therefore the damage evolution model was established on the basis of the exponential function while the physical meaning of parameters in the model was determined.The model can reflect the effect of the wave parameters and multiple impacts.The validity of the model and the physical meaning of the parameters were verified by the test,which further offer a reference for correlational research and engineering application for the granite.     

国内外钢纤维混凝土受力性能研究述评

国内外的试验研究表明,钢纤维的长细比、品种、掺量是影响钢纤维混凝土受力性能的主要因素.综述了国内外钢纤维混凝土研究的现状和发展动态,介绍了钢纤维混凝土的增强机理.在混凝土中掺入适量的钢纤维,可以显著地提高混凝土的抗裂性能和抗冲击性能及耐疲劳性能,具有广阔的推广应用前景.对钢纤维混凝土的发展趋势进行了展望.     

超高性能轻质混凝土的力学性能及微观结构

超高性能轻质混凝土(ultra-high performance lightweight concrete,UHPLC)是一种由高强水泥浆体、漂珠和纤维组成的密度低于1 950 kg/m~3的新型水泥基结构材料。本文研究了不同养护制度及养护龄期对UHPLC抗压强度、轴拉力学性能和弯曲性能的影响,最后利用扫描电镜观察了UHPLC中漂珠的微观形貌。结果表明:随着龄期增长,UHPLC的抗压强度、轴拉性能和弯曲性能均提高,并出现明显的应变强化现象,说明养护龄期对UHPLC基体强度和纤维-UHPLC基体的界面黏结强度均有显著提高作用;高温蒸汽养护3 d可促进UHPLC基体早期强度发展,使UHPLC的抗压强度和弯曲性能迅速达到标准养护28 d时的水平,显著缩短养护龄期,但对纤维-基体界面黏结强度的贡献不大,黏结强度仍主要受龄期影响;UHPLC实测密度为1 815.2 kg/m~3,100 mm立方体抗压强度达103.1 MPa,极限抗拉强度达7.60 MPa,极限拉应变达0.431%,出现明显的应变强化现象,弯曲峰值强度达22.43 MPa,满足了RPC160的抗折强度要求,实现了水泥基结构材料轻质高强的目标。     

玄武岩纤维超高性能混凝土力学性能试验

为了降低超高性能混凝土中水泥的用量,制备绿色超高性能混凝土,研究了玄武岩纤维对超高性能混凝土力学性能的影响,提出了力学性能最优的低水泥用量超高性能混凝土配合比和玄武岩纤维的最佳掺量.采用粉煤灰和硅灰以不同比例组合作为水泥的替代材料制备超高性能混凝土,分析了添加纤维和不添加纤维试件的和易性、力学性能和微观结构.结果表明,当粉煤灰和硅灰混杂替代水泥比例达50%时,其力学性能与原试件强度相当;掺加0.1%玄武岩纤维的试件其力学性能高于掺加0.2%和0.3%纤维和没有掺加纤维试件的力学性能.     

动态断裂韧性测试系统的建立

为了在Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ压杆测试样系统上进行材料的动态断裂韧性测试,本文在已有三点弯曲度试动态应力强度因子计算公式基础上编制相应的计算程序,建立了动态断裂韧性测试系统,使得测试工作简单易行,４０Ｃｒ材料的试验结果表明,本文编制的程序是有效的,建立的测试系统能够满足工程应用。     

用Hopkinson压杆技术测试材料动态断裂韧性的方法研究

对传统的Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ压杆测试系统进行了改进,建立了应力波载荷作用下材料动态断裂韧性的测试方法,该方法采用３点弯曲试样进行动态断裂试验,应用试验－－数值法确定动态应力强度因子的响应曲线,进而测试材料的动态断裂韧性。４０Ｃｒ材料的试验结果表明,本文设计的测试装置是有效的,建立的测试方法是可行的。     

纺织废料再生纤维增强混凝土力学性能的研究

对纺织废地毯再生纤维增强混凝土的力学性能进行实验研究．结果表明，含量为2％的纺织废地毯再生纤维增强混凝土的抗压强力、抗剪切强力和抗弯曲强力等力学性能较普通混凝土有所提高；干燥收缩性以及由此引起的韧性及能量吸收性较普通混凝土均有较大改善．这种混凝土若能得到广泛使用，还可节约资源、保护环境．     

Calibration of split Hopkinson pressure bar system with special shape striker

In order to present basic guidance for system calibration of split Hopkinson pressure bar(SHPB) with the special shape striker,wave characteristics and dynamic responses of SHPB under striker impact were analyzed.Stress generated by the special shape striker tends to have a half-sine waveform and has little wave dispersion during its propagation.Impact velocities of the special shape striker and peak values of generated stress still have linear relation but with a different coefficient from that of cylindri...     

冲击荷载下混凝土损伤裂纹的分形实验

采用分离式Hopkinson压杆实验装置,对混凝土材料在冲击荷载下的动态单轴压应力极限值及裂纹分形维数值进行了研究.依据盒维数计算原理,设计了基于Matlab的数字图像盒维数计算程式,建立了一种数字图像盒维数简易算法.实验结果表明,冲击荷载条件下,混凝土表面裂纹具有很好的分形特性,分维是表征混凝土破坏程度的一个定量参数,并用分形维数对混凝土试块的单轴动态抗压强度极限值和应变率进行定量描述,拟合了试块动态单轴压应力极限值与其对应的分形维数的定量关系.为探索混凝土表面裂纹图形的分形特征与其承受的动荷载之间的内在规律,提供了一条新的研究思路.     

碳纤维增强聚合物混凝土抗冲击性能试验研究

为了更好地研究纤维混凝土的力学性能,通过在聚合物混凝土中加入碳纤维进行改性来研究不同掺量碳纤维增强聚合物混凝土的抗冲击性能。采用分离式霍普金森压杆试验系统开展冲击压缩试验,从应力—应变曲线、强度和变形特性、冲击韧性等方面探究碳纤维掺量对聚合物混凝土抗冲击性能的影响。结果表明：随着碳纤维掺量的增加,聚合物混凝土的抗冲击性能先增强后减弱;当碳纤维掺量为0.2%时,混凝土的动态抗压强度最大,承受高应变率压缩荷载的变形能力最强,即碳纤维的最佳掺量为0.2%。     

水胶比对超高性能混凝土施工与力学性能的影响

兼顾优异施工及力学性能超高性能混凝土（UHPC）研制的重点之一是确定合适的水胶比。为此,以150 MPa级UHPC的原材料和配合比均不变（除用水量外）为前提,研究水胶比（0.15~0.2）对UHPC施工与力学性能的影响规律。通过相关试验得到了UHPC不同湿拌时间的扩展度、充分湿拌时间、静停一段时间的扩展度、抗压、抗折强度、四点弯曲应力挠度曲线、四点弯曲出现可视裂纹时下缘等效拉应力;对抗压、抗折强度进行了变异性分析;利用应力挠度曲线,基于规范法得到了弯曲韧性指标,并提出了其改进方法。结果表明：UHPC达最佳扩展度所需湿拌时间（充分湿拌时间）为6 min;水胶比由0.16增至0.19时UHPC扩展度基本呈线性增长,水胶比每增加0.01,UHPC扩展度平均增幅为109 mm;当水胶比、静停时间分别为0.19、4 h时,扩展度损失40 mm,损失率仅5.9%;UHPC抗压强度、抗折强度及弯曲韧性指标随水胶比的增大皆呈先增后减趋势,当水胶比分别为0.18、0.16和0.16时达到最优;应力峰值前的应力挠度曲线并不是典型全凸形曲线;可视初裂抗折强度约为抗折强度的0.85倍;UHPC试件的弯曲韧性较好,宜采用可视初裂挠度作为初始变形参考进行韧性指标计算;为保证UHPC兼顾良好施工与力学性能,建议湿拌时间、水胶比分别为6 min、0.18或0.185。     

确定动态劈裂裂纹起裂和扩展特性的简便方法

利用直径100 mm的分离式霍普金森压杆对大理岩巴西圆盘进行了动态劈裂试验。在试样表面加载直径方向粘贴一系列电阻应变片,用来记录试样加载直径上各点的应变随时间的变化曲线,通过记录的应变历程,可以判断劈裂试样的起裂应变、起裂位置和时刻,以及裂纹的扩展顺序和裂纹扩展的速度。试验结果表明,裂纹的起裂对应着该点的应变历程上应变值的突变。裂纹起裂一般并不在试样中心,而是偏向中心和入射杆撞击端之间的某一点,然后裂纹沿加载直径向两个相反方向发展,直至试样完全劈裂为比较大的两部分。裂纹扩展的速度大约为400~800 m/s,试样从开始起裂到完全裂开的破坏时间约为几十个μs。当应变率比较低时,裂纹在扩展过程中的分岔点比较少,因而破坏形态较好,当应变率比较高时,裂纹在扩展过程中的分岔点比较多,破坏形态也比较多。因此,在巴西圆盘加载直径上粘贴一系列应变片来研究脆性材料的动态起裂和扩展特性,是一种简便高效的试验方法。     

Constitutive Relation of Yunjialing Anthracite Under Medium Strain Rate

By means of the split Hopkinson pressure bar （SHPB） testing system, this paper presents a dynamic constitu- tive relation of anthracite at a strain rate of ε =5-85s^-1. Generally, the dynamic stress-strain curve for this kind of anthracite under uni-axial compression has the following four stages： a non-linear loading stage, a plastic yielding stage, a strain-strengthening stage and an unloading breakage stage. Correspondingly, the initial elastic modulus Eb, the yielding strength σs and the ultimate strength σb increase along with an increasing strain rate. The time-dependent elasticity was identified when we analyzed the mechanical properties of anthracite. Based on characteristics of measured dynamic stress-strain curves and an analysis of existing rock dynamic constitutive models, as well as a preparatory simulation, a new visco-elastic damage model has been introduced in this paper. A linear spring is put parallel to two Maxwell units with different relaxation times to express two distinct plastic flows. The damage D is equal to [Eb- E（εi）]/Eb, where Eb is the beginning modulus and the E（εi） is the slope of a connected line between the origin point and any other point on a tested stress-strain curve. In the new constitutive model, one Maxwell unit with low relaxation time φ is used to describe the response of anthracite to a low strain rate, while the other, with a high relaxation time φ describes the response of anthracite to a high strain rate. Simulated stress-strain curves from the new model are consistent with the measured curves.     

玻璃纤维增强环氧树脂单向复合材料力学性能分析

采用连续玻璃纤维与环氧树脂相复合,通过金属模压成型工艺,制备出单向玻璃纤维／环氧树脂复合材料。通过三点弯曲实验论证单向纤维对树脂基体的增强作用,从而研究不同纤维含量下复合材料的弹性模量、纵向拉伸强度、纵向压缩强度的变化趋势。结果表明：随着纤维含量的增加,复合材料的力学性能均增强,当纤维体积含量为50％时,其各项性能均较好,弹性模量为40GPa,纵向拉伸强度为1200MPa,纵向压缩模量为700MPa。此外,对复合材料的其他常用力学性能参数进行检测。