高温下混凝土冲击变形特性研究

利用自主研制的高温SHPB试验系统对混凝土进行冲击压缩试验,研究不同温度、不同应变率对混凝土冲击变形特性的影响.结果表明:温度相同时,混凝土应变率随冲击弹速的增大而增大,弹速相同时,应变率随温度的变化由大到小依次为200℃,800℃,600C,常温,400℃;随着应变率的增大,混凝土峰值应变与冲击韧性在同一温度下不断提高,弹性模量在常温下显著降低,在高温下略有起伏;同一应变率下,温度越高,峰值应变越大,弹性模量越小,且冲击韧性在400℃之前逐渐增大,400℃之后开始下降,高温下混凝土冲击韧性的应变率效应较常温时有所提高.     

碱式硫酸镁水泥混凝土的冲击力学性能试验研究

制作C30、C50两种典型强度等级的碱式硫酸镁水泥混凝土与普通混凝土试件,通过分离式霍普金森压杆试验,系统地研究两种混凝土的动态力学性能,并利用回归分析加以对比.试验表明,碱式硫酸镁水泥混凝土与普通混凝土试件在冲击过程中,其冲击压缩强度、弹性模量、韧性等表现出明显的应变率硬化效应,并且两种混凝土的弹性模量、韧性指数与峰值应力均呈现非常显著的线性增长关系;在相同条件下,碱式硫酸镁水泥混凝土的韧性指数及韧性增长速率要高于普通混凝土,因此,碱式硫酸镁水泥混凝土的抗冲击性能要远优于普通混凝土.     

冲击荷载下白云岩块度分布及分形特征

岩石破碎块度与爆破作业成本密切相关,研究岩石块度分布和分形特征对于深入了解岩石破坏特性和指导爆破施工具有重要意义。以四川攀枝花某露天采石场现场所取白云岩试样为研究对象,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)系统对5种冲击气压(0.5、0.6、0.7、0.8、0.9 MPa)作用下的试样进行冲击压缩试验,分析了试样的应力-应变曲线和破坏规律,通过筛分得出试样的块度分布特征,基于分形维数定量描述了试样的破碎程度,结果表明：试样的应力-应变曲线经历了4个阶段,分别为裂隙闭合阶段、弹性阶段、塑性变形阶段和峰后软化阶段;随着应变率的增加,试样的破坏范围由边缘逐渐向中心扩展,破碎块度由大块过渡为小块及粉末;试样的平均粒径与应变率密切相关,试样破碎后的平均粒径随着应变率的增加而减小;分形维数与应变率呈线性关系,随着应变率的增加,大粒径碎块质量分数逐渐降低,中粒径和小粒径碎块质量分数逐渐升高。     

纳米氧化铝对混凝土静动态力学性能的影响

制备了掺量为0.2％的纳米氧化铝混凝土(NAC),采用HYY系列液压伺服试验系统和φ100 mm分离式霍普金森压杆分别研究了NAC的准静态及在不同应变率下的动态力学性能.结果表明:准静态荷载下,NAC的强度及变形性能较素混凝土(PC)明显提高,抗压强度提高约44.5％.动荷载作用下,NAC的应变率敏感性显著,随着应变率的增大,峰值应力显著提高,极限应变增幅明显.此外,掺入纳米氧化铝后,NAC的强度和变形性能较之PC亦均提升显著.分析峰值韧度指标可知,随着应变率的提高,NAC的峰值韧度近似线性增大,纳米氧化铝的增韧效果十分显著.通过电镜扫描微观机理分析,纳米氧化铝提高了水泥硬化浆体的密实度,改善了混凝土界面过渡区,进而改善了NAC的强度和韧性.     

冲击荷载作用下聚苯乙烯混凝土的吸能特性

采用φ100mm分离式Hopkinson压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)试验装置研究了聚苯乙烯(expanded polystyrene,EPS)混凝土在不同应变率下的能量吸收特性。以比能量法作为评价指标,分析了应变率效应以及EPS体积掺量对EPS混凝土吸能特性的影响。探讨了能量吸收特性与试件破坏形态之间的关系。结果表明:EPS混凝土材料的高应变率吸能性能呈现出显著的应变率相关性。随着EPS体积掺量的增加,EPS混凝土的吸能能力先升后降,在EPS体积掺量为20%～30%时出现峰值。     

双轴向经编针织复合材料的冲击压缩性能

利用分离式霍普金森压杆(SHPB)装置对双轴向经编针织(BWK)复合材料在面外、面内共三个方向进行了高应变率压缩试验,并在MTS材料试验机上进行了准静态压缩试验。计算并提取各应变率下的应力-应变曲线,观察各应变率下材料的破坏形态特征。结果表明,双轴向经编针织(BWK)复合材料具有应变率敏感性和各向异性,在面外压缩中其破坏形态主要是剪切破坏,在面内压缩中准静态下为剪切破坏,在高应变率下为分层破坏。     

动载下玄武岩纤维混凝土能量耗散特征与破坏损伤规律

本文基于分离式霍普金森压杆试验装置,在4种不同的应变率下研究了4种不同玄武岩纤维掺量混凝土的破坏行为和能量耗散特征。结果表明：随应变率的增加,不同玄武岩纤维掺量混凝土的分形维数均线性增加,掺入纤维会降低分形维数增长的速率;混凝土的入射能、反射能、耗散能均呈线性增长趋势,透射能呈轻微下降趋势。随纤维掺量的增加,不同应变率下玄武岩纤维混凝土的分形维数先增大后减小,耗散能密度呈先增大后减小再增大的“S”形趋势。随着分形维数的增长,不同玄武岩纤维掺量混凝土的耗散能密度均呈线性增长。当纤维体积分数为0.1%时,混凝土的性能最优,可承受的损伤最大。     

HTPB推进剂冲击发火判据的试验研究

为探究某型HTPB推进剂冲击发火的判据,对落锤试验进行了改进,在底座中引入聚偏二氟乙烯膜(PVDF)压电膜,测量推进剂受落锤冲击下的应力峰值,得到50%冲击发火的临界落高与应力;基于分离式霍普金森压杆的冲击发火试验,对比并分析了在不同的冲击应力加载条件下,推进剂临界冲击发火的影响条件,并给出该型推进剂的50%冲击发火判据。结果表明,应力峰值与特性落高的关系满足σ=175.09 H 0.5,50%特性落高为75 cm,100%不发火的最大落高为68 cm。在20、30和40 cm子弹冲击条件下,推进剂50%冲击发火的应力峰值分别为2760、2410和2120 MPa,作用持续时间分别为76、100和130μs,推进剂的冲击发火与推进剂受到的冲击应力大小和作用时间直接相关,通过σ^2τ=K判据可以较好地判断推进剂的冲击发火临界条件,且确定了K值为574.6MPa^2·s。     

混凝土受氯盐腐蚀后动力学特性损伤研究

为探究氯盐腐蚀后混凝土动力学特性,利用φ100 mm分离式霍普金森压杆试验系统,对置于NaC1溶液中浸泡侵蚀后混凝土试件动力学特性进行研究.试验结果表明:氯盐腐蚀后试件动态抗压强度明显下降,且应变率效应显著;整体上,试件受腐蚀后的峰值应变有所降低,变形性能减弱;比能量吸收显著降低,吸能能力受到严重削弱.说明氯盐对混凝土动力学特性具有显著的弱化效应.     

冻融循环后混凝土冲击劈拉强度预测模型

为预测混凝土材料冻融循环后冲击劈拉强度,本文对混凝土标准冻融试件和混凝土劈拉试件进行0、25、50、75、100次的冻融循环试验,通过动弹仪对混凝土标准冻融试件进行动弹性模量测试,采用电液伺服万能试验机和分离式霍普金森压杆系统分别在0.5和0.5×10⁶、1.0×10⁶、2.0×10⁶ kN/s的力加载速率下对劈拉试件进行劈拉试验,分析了冻融损伤以及力加载速率对混凝土冲击劈拉强度的影响。结果表明：随着冻融次数的增加,标准冻融试件的表观状况、质量、相对动弹性模量均不断劣化;当冻融次数一定时,随着力加载速率的提高,混凝土试件的冲击劈拉强度不断提升。在上述试验基础上,建立了冻融循环后混凝土冲击劈拉强度预测模型,该模型可为冻融循环后混凝土冲击劈拉强度的预测提供理论依据。     

冲击载荷下2-2型水泥基压电复合材料力电响应特性

研究2-2型水泥基压电复合材料在冲击载荷下的力电响应特征,利用分离式Hopkinson压杆装置进行冲击加载,借助超高速摄影技术观察试样在冲击载荷下的破坏形貌。结果表明:冲击载荷下,压电复合材料具有明显的应变率效应,是应变率敏感材料;压电复合材料的力电响应存在一个临界值,当应力小于该临界值时,试样的电信号与施加载荷之间具有良好的线性关系;动态增强因子可以有效描述压电复合材料压缩强度的率效应规律,在线性范围内,随着应变率的增大,试样的动态增强因子也增大,且具有稳定的增长率;由Maxwell模型得到的压电复合材料应力松弛时间随应变率增大单调递减;冲击载荷下,2-2型水泥基压电复合材料与压电陶瓷的电学失效发生在力学失效之前,且均呈现“爆炸式”破碎,压电陶瓷还伴随着明显的电弧放电现象。     

超高性能混凝土抗冲击性能研究进展

超高性能混凝土(Ultra High Performance Concrete,UHPC)是一种具有超高强度、良好韧性和优异耐久性的水泥基复合材料,在海上结构、地下空间、核废料容器和核反应堆防护罩等特殊工程和国防军事工程中具有广阔的应用前景.为适应其抗冲击和抗爆性能的需求,对UHPC开展动态力学性能研究显得尤为重要.通过对国内外UHPC抗冲击性能试验和数值模拟研究进展的系统梳理和总结,阐述了应用霍普金森杆开展冲击压缩试验和动态抗拉试验存在的问题及改进措施,分析了应变率、材料组分和冲击次数等因素对UHPC动态冲击性能的影响,探讨了确保UHPC冲击试验数值模拟有效性的关键问题.最后,对UHPC 抗冲击性能今后的研究方向提出了一些建议,希望能为UHPC动态性能研究以及 UHPC在实际工程中的应用提供指导和帮助.     

混凝土在酸侵蚀环境下的静动抗压强度研究

本文利用HYY系列液压伺服试验系统和φ100 mm分离式霍普金森压杆试验装置,对在pH =2.5的酸溶液中浸泡60d的混凝土试件静动态抗压强度展开研究.试验结果表明:经腐蚀后的混凝土试件,由于物理化学作用,其静动态抗压强度均有不同的下降;静态抗压强度较养护刚结束时下降了7.38 MPa,降幅22.55％,并且只有同龄期时正常环境下混凝土静压强度的59.44％;动态抗压强度强度下降明显,同时具有显著的应变率效应.     

高强混凝土在冲击荷载下的力学性能

随着混凝土配比以及施工技术的改进,高强混凝土得到广泛使用,本文利用直径100 mm的分离式霍普金森压杆试验系统,研究了不同应变率下高强混凝土的动态力学性能,并对其动压强度、峰值应变、弹性模量及破坏形态的变化规律进行分析.结果表明:随应变率增大,高强混凝土的动压强度、峰值应变及破坏程度均呈上升趋势,表现出明显的应变率效应,同时,弹性模量则未出现明显变化趋势.高强混凝土具有更大的动压强度,但相对增幅下降,具有较小的率敏感性,现有CEB公式并不能有效拟合高强混凝土DIF值.同时,高强混凝土动弹性模量较大,峰值应变较小,其变形能力降低.在破坏形态分析中,高强混凝土具有更多的细小碎粒,破坏程度更大.     

废弃纤维再生混凝土孔结构及碳化性能分形特征研究

以水灰比、再生骨料取代率、废弃纤维长度和体积掺量为设计变量,利用压汞试验及快速碳化试验,探讨了废弃纤维再生混凝土的孔结构、碳化性能的分形特征以及两者之间的关系.结果表明:废弃纤维再生混凝土孔结构具有显著的分形特征,废弃纤维的加入可阻止结构中有害孔的形成,改善废弃纤维再生混凝土内部的孔结构;纤维的加入可以提高再生混凝土的碳化性能,最优体积掺量为0.12%,碳化边界轮廓线的分形维数越小,对应的碳化深度越大;废弃纤维再生混凝土的碳化深度与孔隙体积分形维数之间存在相关性,随着孔体积分形维数减小碳化深度增大,根据孔隙体积分形维数来评价不同设计变量的废弃纤维再生混凝土碳化深度是可行的.     

橡胶混凝土抗冲击性能研究

采用40目和60目两种粒径的橡胶粉,分别以10%、20%、30%的替换率等体积取代细骨料,配制橡胶混凝土用以对比普通混凝土,并通过自制的落锤冲击装置对其进行抗冲击试验.试验结果表明:橡胶粉的掺入可以有效的提高混凝土的抗冲击性能,并降低其脆性.鉴于混凝土抗冲击试验数据的离散性,引入威布尔分布理论对其进行统计分析,结果表明:威布尔分布理论可以较好地描述混凝土材料抗冲击次数的分布规律.以橡胶混凝土在抗冲击试验中初裂和终裂次数的自然对数来评价其抗冲击性能,在相同的失效概率下,橡胶混凝土的抗冲击次数与橡胶粉的替换率呈现显著的相关性.且在相同失效概率和同等替换率的条件下,40目橡胶粉对混凝土抗冲击性能的改善作用优于60目橡胶粉.