混凝土材料层裂强度的实验研究

利用Φ74大尺寸Hopkinson压杆和混凝土长杆试件研究了混凝土材料的层裂强度及其应变率效应.入射的压缩波通过压杆透入试件并反射成拉伸波而形成层裂.实验中采取在试件上多点贴应变片,讨论了应力波在混凝土试件中传播的波形弥散和幅值衰减,并在考虑了损伤演化影响的基础上确定了试件材料的层裂强度.对某种普通混凝土在不同应变率下的测试显示层裂强度受应变率影响明显.结果表明,本文提出了一种测定混凝土层裂强度的有效方法.     

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。     

钢管RPC抗冲击压缩特性及极限强度确定方法

采用74 mm分离式霍普金森压杆(Split Hopkinson Pressure Bar,SHPB)试验装置,分别对20块钢管活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete-Filled Steel Tube,钢管RPC)和20块RPC试件进行了不同加载速率的冲击压缩试验,得到了不同应变率下的动态应力-应变曲线、峰值应力和峰值应变,分析了试件的破坏特征。在钢管混凝土静态轴向极限承载力计算公式基础上引入应变率效应,得到钢管RPC极限强度确定方法。结果表明:钢管RPC和RPC的峰值应力和峰值应变均随平均应变率增大而增大。冲击荷载作用下,钢管RPC比RPC具有更高的强度,更好的延性和完整性,是一种良好的抗冲击防护工程材料。钢管壁厚对钢管RPC动态应力-应变关系有明显影响,一定冲击速度下壁厚较薄的钢管RPC出现了明显的屈服平台和应力强化现象,峰值应变也显著增大。钢管RPC极限强度理论计算结果与试验结果存在一定的相对误差,但随着响应应变率增大相对误差逐渐减小。     

煤矿泥岩冲击动态力学特性与破裂破碎特征分析

煤矿巷道围岩在采掘过程中受多种动载作用,为了研究动载对围岩破坏变形的影响,通过直径50 mm分离式Hopkinson试验装置开展不同冲击气压下煤矿常见泥岩在冲击荷载作用下的动态力学特性和破裂破碎特征试验,研究了不同冲击气压状态下试件应力应变特征、破坏形态和试件动态强度随应变率增长规律,分析了试验过程中应力波传播与试件裂纹扩展的关系。结果表明:在设定的试验条件下,泥岩试件的加载率、应变率和峰值应变均表现出随冲击气压的增大而增大;试件的动态单轴抗压强度随着应变率的增加呈现指数型增长,表现出强应变率效应;试件在反射应力波与透射应力波共同作用下,产生环向拉裂破坏和轴向劈裂破坏。     

基于数字图像相关的钢纤维增强水泥基复合材料的冲击损伤特性

本文采用数字图像相关（DIC）技术对钢纤维增强水泥基复合材料三点弯落球冲击试验过程中试件表面位移场和应变场进行计算与研究,基于开裂点附近位移变化确定初裂冲击次数,并对全场水平应变值进行统计分析,得到冲击过程的损伤程度因子（D_f）表征曲线,进一步探讨纤维掺量对试件弯曲冲击损伤的影响规律。试验结果表明：钢纤维的掺入对水泥基材料破坏次数的提高较初裂次数更明显;D_f曲线能够较好反映冲击荷载作用下试件弯曲冲击破坏各阶段;试件弯曲冲击损伤过程经历缓慢、加速、再缓慢三个阶段;纤维掺量越多,D_f曲线发展越缓慢,冲击损伤三阶段中的再缓慢阶段所占比例越大,即钢纤维增韧作用主要表现在三阶段损伤过程中的再缓慢阶段。     

玄武岩纤维包裹混凝土圆形柱的抗冲击性能研究

对C30、C40、C50三种强度等级的素混凝土及1~4层玄武岩纤维(BFRP)包裹试件进行了SHPB冲击试验,分析了试件在冲击作用下的破坏现象,研究了应变率和约束比对应力应变曲线的影响,得到了BFRP约束混凝土的动态强度拟合公式。试验结果表明:BFRP包裹试件的抗打击能力和变形能力较未包裹试件有较大提高,具有良好的吸能能力;随着包裹层数的增加和应变率提高,试件抗冲击强度和变形能力提高明显,应力应变曲线下降段的下降速度开始变缓,说明纤维在试件中所起的作用增强。     

玻璃纤维-铝合金正交层板的拉伸性能研究

通过对两组具有不同铺层次序的玻璃纤维-铝合金正交层板进行拉伸实验,对比研究了铺层次序对材料拉伸力学行为的影响.载荷跌落前两组试件的拉伸力学性能和应力-应变曲线基本一致,说明玻璃纤维-铝合金正交层板的拉伸力学性能与纤维的铺层次序无关.提出了修正后的金属体积分数理论,准确预测了材料的弹性模量、屈服应力及拉伸强度.依据声发射数据和试件损伤失效形貌照片,分析了两组试件的拉伸损伤失效进程.结果表明,铺层次序的不同使得两组材料的损伤进程和破坏模式具有很大差异.最后,利用有限元方法对试件的拉伸力学行为进行了模拟分析,模拟结果与实验值吻合较好.     

岩石强度对爆炸破坏影响的数值模拟

利用非线性动力有限元分析软件LS-DYNA,模拟了55.9 kg球形TNT药包在花岗岩和白云岩中爆炸时的破坏情况.仿真结果表明:强度对于自由面附近岩石破坏特征有明显影响,强度较大的花岗岩自由面附近反射拉伸波容易引起脆性断裂;强度较小的白云岩对应力波衰减较快,自由面附近不易发生破坏.数值模拟再现了爆炸应力波传播和岩石破坏过程,对爆破工程有一定的借鉴意义.     

动态爆生裂纹相互影响的试验研究

采用以有机玻璃(PMMA)为材料的模型试验方法,分析了试件的破坏形态和裂纹尖端的应力特征,研究了对向切槽炮孔的不同竖向间距对爆生裂纹扩展的影响。结果表明:爆生裂纹扩展过程中,裂纹速度震荡减小,裂纹尖端应力变化经历两个阶段,Ⅰ阶段(0~110μs)裂纹尖端动态应力强度因子迅速减小,试件破坏以拉伸破坏为主;Ⅱ阶段(110μs~止裂)裂纹尖端动态应力强度因子先增大后减小,试件破坏兼有拉伸破坏和剪切破坏。炮孔的竖向间距的不同对爆生裂纹Ⅰ阶段扩展影响不大,对Ⅱ阶段扩展影响显著。对向裂纹起到自由面作用并引导己方裂纹向其发生偏转,从对向裂纹面处反射的应力波加强了己方裂纹尖端的应力集中。     

2D-C_f/SiC复合材料缺口试件拉伸力学行为研究

通过对V型、半圆型和细线型双边缺口2D-Cf/SiC复合材料试件进行拉伸实验,研究了不同形状缺口对试件拉伸力学行为的影响。通过引伸计获得了拉伸过程中缺口段材料整体拉伸变形与净截面应力之间的对应关系;通过应变片获得了缺口附近局部材料的应变数值,直观体现了缺口周围的应变集中现象;依据应变变化规律,分析了双边缺口试件的损伤失效进程。通过对比标准拉伸试件,全面分析了2D-Cf/SiC复合材料双边缺口试件拉伸净强度的主要影响因素和破坏机理;最后通过有限元模拟,得到了三种缺口试件缺口段材料的应变分布情况。结果表明:拉伸过程中缺口试件缺口段材料损伤失效进程具有明显的非同步性,净拉伸强度随缺口形状不同出现不同程度下降;有限元模拟结果与实验结果吻合较好。