纤维混凝土动态压缩力学性能的SHPB试验研究

采用Φ100 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置,研究了四个不同纤维体积掺量的碳纤维混凝土(CFRC)、玄武岩纤维混凝土(BFRC)在多个应变率条件下的动态压缩力学性能,并对两种纤维混凝土的冲击力学性能进行了对比分析.结果表明,CFRC和BFRC的强度随应变率的增加而近似呈线性增长,强度增强因子随应变率的增加呈对数增长,表现出明显的应变率相关性;纤维体积掺量0.1%的玄武岩纤维混凝土的强度最高,纤维体积掺量0.3%碳纤维混凝土的韧度最好;相同应变率范围内,碳纤维混凝土的韧度优于玄武岩纤维混凝土.     

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.     

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。     

活性粉末混凝土冲击压缩性能及本构关系

为了克服传统活性粉末混凝土（RPC）须高温蒸养的缺点,采用粒化高炉矿渣代替部分水泥制备出免蒸养RPC,利用直径为80 mm的霍普金森压杆试验系统（SHPB）对免蒸养RPC进行冲击压缩试验研究,探究率效应对免蒸养RPC动态力学性能的影响规律,建立动态本构模型. 结果表明：在10~290 $ {{\rm{s}}^{ - 1}}$的应变率范围内,免蒸养RPC的峰值应力、峰值应变和冲击韧性表现出明显的率敏感性,而弹性模量在不同应变率下基本保持不变. 改进型Z-W-T黏弹性本构模型和基于Weibull分布的模型均能对免蒸养RPC的动态应力-应变曲线进行较好的描述,基于Weibull分布的模型所含参数相对较少,根据模型中各参数与应变率之间的关系可以对不同应变率下的应力-应变曲线进行预测.     

冲击荷载下的新浇混凝土损伤特性及强度试验研究

以新浇混凝土养护过程会受到各类工程振动的作用与影响为工程背景,结合静载试验与冲击动载试验,得出冲击荷载影响下新浇混凝土的强度随龄期的变化规律。通过基于Weibull分布的统计损伤模型得出混凝土关于龄期的动态损伤本构模型。采用SHPB压杆装置进行混凝土试件破坏试验,得出在混凝土不同龄期的冲击动载下,混凝土抗压强度与静载下抗压强度的比值均为2:1左右;随着龄期的增长,混凝土试件受冲击破坏的破碎程度越来越小。采用SHPB压杆装置对不同龄期的混凝土做加载损伤试验,得出了冲击荷载下混凝土最薄弱龄期区段及其强度降低率达到峰值的龄期。     

基于SHPB试验的聚丙烯纤维增强混凝土动态力学性能研究

采用变截面大尺寸Hopkinson压杆,对直径100 mm的两种聚丙烯纤维混凝土和素混凝土试件进行了冲击压缩试验,得到了不同应变率下试件的动态压缩强度及应力应变全过程曲线.从能量耗散的角度讨论了聚丙烯纤维对混凝土的增韧作用,用弹簧一摩擦块复合模型对聚丙烯纤维对混凝土的增韧机理进行了探讨.结果表明,在冲击压缩的高应变率加载条件下,在冲击压缩的初始阶段,聚丙烯纤维的增韧作用并不明显,在卸载阶段,聚丙烯纤维混凝土韧性要明显好于素混凝土.试验为聚丙烯纤维混凝土在防护工程领域与军事领域的应用提供了参考.     

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.     

冲击速度及骨料率对混凝土动强度的影响研究

混凝土结构抗爆炸冲击能力研究具有很重要的军事防护意义.国内外学者已对混凝土动强度的提高机理进行了大量研究,但大多探讨单个因素对混凝土动强度的影响,缺乏对多因素耦合作用下混凝土动强度规律的研究,并且对混凝土抗压动强度和抗拉动强度间的关系研究也较少.通过霍普金森压杆试验仪的单轴压缩试验和巴西圆盘劈裂试验,测定了不同骨料率和冲击速度下混凝土的抗压动强度和抗拉动强度,再对试验结果进行研究分析,得到混凝土动强度的理论表达式,并将混凝土抗拉抗压动强度进行了对比分析.结果表明：混凝土抗压动强度与混凝土骨料率和冲击速度呈正相关,且随着混凝土骨料率的增大,冲击速度越小,混凝土抗压动强度增加幅度越大,受动载时,混凝土抗压动强度提高幅值大于抗拉动强度提高幅值.     

冲击荷载下岩石动态损伤演化研究

I型裂纹破坏为岩石材料在冲击荷载作用下的主要破坏方式.通过假设岩石材料宏观上是一个均匀连续体,而细观上其内部则包含了大量随机分布的微裂纹等损伤缺陷;研究了岩石材料在冲击荷载下裂纹的成核、发展以及内部损伤演化规律;借助于宏细观相结合的理论建立了表征岩石材料细观结构及其损伤演化过程中的某种特征参量与宏观力学参数之间的关系方程.     

混凝土压缩复合型断判据的试验分析

通过试验结果，分析了受压权重对Ⅰ－Ⅱ压剪，Ⅰ－Ⅲ压扭二维复合型断裂临界曲线的影响，给出了压缩条件下Ⅰ－Ⅱ，Ⅰ－Ⅲ断裂临界全曲线，扩大了混凝土复合型断裂理论，并为工程应用提供了参考依据。     

轻集料混凝土局部受压试验及动力本构分析

为探究轻集料混凝土单轴局部受压动力特性,采用试验机对轻集料混凝土单轴局部受压本构关系进行相关试验研究.考虑了5种不同加载应变率和4种不同加载面积,在位移控制下,得到轻集料混凝土单轴局部受压应力-应变曲线.根据应力-应变曲线特征点的峰值应力、峰值应变和弹性模量,分析不同加载应变率与加载面积对特征点的影响.同时根据混凝土黏弹塑性损伤本构模型,考虑不同加载应变率和加载面积的影响修正模型参数,并通过试验数据验证理论模型的合理性.研究结果表明:加载应变率和加载面积对轻集料混凝土应力-应变曲线影响明显;不同加载面积对轻集料混凝土弹性模量、峰值应力及峰值应变有较大影响;所提出的理论模型能够准确描述轻集料混凝土材料局部动力荷载作用下的应变率效应和非线性行为.     

Experimental study on the time-dependent dynamic mechanical behaviour of C60 concrete under

To study the dynamic mechanical behavior of C60 concrete at high temperatures, impact tests under different steady-state temperature fields (100, 200, 300, 400 and 500.℃) were conducted under a variety of durations at the corresponding constant high temperature, namely 0, 30, 60, 90 and 120.min, employing split Hopkinson pressure bar (SHPB) system. In addition, the impact tests were also conducted on the specimens cooled from the high temperature to the room temperature and the specimen under room temperature. From the analysis, it is found that C60 concrete has a time-dependent behavior under high-temperature environment. Under 100, 200, 300, 400 and 500.℃ steady-state temperature fields respectively, as the duration at the corresponding constant high temperature increases, the dynamic compressive strength and the elastic modulus decrease but the peak strain generally ascends. After cooling to the room temperature, the dynamic compressive strength and the elastic modulus descend as well, but the peak strain increases first and then decreases slightly, when the duration increases. For specimens under and cooled from the high-temperature, as the temperature increases, the dynamic compressive strength and the peak strain raise first and then reduce gradually,and the dynamic compressive strength of specimen under high temperature is higher than that of the specimen cooled from the same high temperature.     

Deterioration of dynamic mechanical property of concrete with mineral admixtures under fatigue loading

The dynamic mechanical property of concrete is one of the key parameters, which greatly influences durability of infrastructures subjected to continuous heavy loading, such as girder and track slab of high-speed railway foundation structure. This paper reports serials of experiments designed to investigate the deterioration of dynamic mechanical properties of different concretes under fatigue loading condition. Four parameters including relative dynamic elastic modulus (RDEM), relative dynamic shear modulus (RDSM), relative compressive strength (RCS) and water absorption (WA) of concrete were evaluated to assess the dynamic properties and microstructures of concretes. Results show that the fatigue stress levels and fatigue cycle durations significantly influence the dynamic mechanical properties of concrete including dynamic elastic modulus and dynamic shear modulus. Addition of proper mineral admixture can improve the dynamic mechanical characteristics of concrete and increase its resistance against the fatigue loading effect. Keeping the amount of mineral admixture in concrete constant, its dynamic mechanical property with fly ash is lower than that with fly ash and silica fume. The water absorption in concrete, which is an indirect parameter reflecting capillary porosity, increases evidently after bearing fatigue-loading. There is a close correlation between the deterioration of dynamic mechanical property and the increasing of water absorption of concrete. This indicates that the damage of microstructure of concrete subjected to fatigue loading is the indispensable reason for the decay of its dynamic mechanical performance.     

混凝土动力损伤本构关系的基研理论及应用

概括了建立混凝土动力损伤本构模型的基础理论,简述了应用这些基本理论在建立混凝土动损伤本构方面的应用,对相关研究的特点和不足做了分析,为进一步建立科学合理实用的混凝土动损伤本构提供较全面的理论总结和前瞻性启发,对相关理论的发展趋势做了展望,为这方面的工作提供指导.     

Experimental and numerical investigations on the tensile mechanical behavior of marbles containing dynamic damageOA

To investigate the degradation mechanism of static tensile mechanical behaviors of marble containing dynamic damage, multiple impact loading tests were performed on the disc marble samples, and then static Brazilian tests were conducted for the damaged samples. Besides, coupling modeling technology of finite difference method(FDM)—discrete element method(DEM) was used to carry out the numerical investigation. The results show that after multiple impacts, more white patches appear on the surface,...     

冻融损伤混凝土重复受压本构关系

为研究冻融损伤对混凝土重复受压力学性能的影响,完成了两种强度等级混凝土试块的快速冻融及重复受压试验.结果表明,冻融损伤混凝土重复受压力学性能显著降低,动力本构特征曲线也发生改变,包络线及再加载曲线在峰值应力之前因存在明显压实效应而表现出下凹形态,卸载曲线应变滞后现象严重且曲线逐渐趋于重合.在试验研究基础上,探讨了冻融循环次数、混凝土强度等级与冻融后混凝土力学性能参数及本构模型参数之间的关系,建立了冻融损伤混凝土动力本构模型.     

双轴受压状态下混凝土动态抗压特性试验研究

由于多轴试验装置的高技术性,混凝土在复杂应力状态下的动力研究相对偏少。为研究双轴受压状态下混凝土的动态抗压特性,采用真三轴静动综合加载试验系统,进行了5种双轴受压状态下混凝土立方体试件的冲击压缩试验,分别从应力-应变曲线特征、强度特性和变形特性等方面分析双轴受压状态对混凝土动力响应的影响规律。结果表明：双轴受压状态下,混凝土承受冲击荷载时呈现典型的脆性破坏,应力-应变曲线初期无明显压实挤密阶段;主轴压比一定时,随单侧压比的增大,混凝土的动态抗压强度呈现出先升高后降低的趋势,峰值应变和平均应变率皆呈现出先减小后增大的趋势;双轴受压对混凝土有加固约束作用,因而提高了其动态抗压强度和抗变形能力,主轴压比：单侧压比为0.4：0.4时作用效果最佳。     

超声波测试法在混凝土非局部损伤本构模型中的应用

用超声波测试法得到了以混凝土材料参数与声波波速表征的混凝土损伤参量 .将该参量非局部化后代入非局部损伤本构方程中得到混凝土非局部应力与应变关系曲线 ,其方程为一维状态下的混凝土非局部损伤本构模型 .尝试用超声波测试所得的混凝土损伤参数 ,为该问题的解决提供一种方法 ,实验结果表明该方法是可行的 .     

混凝土单轴压缩过程中损伤演化与声发射分析

为了研究混凝土单轴压缩状态下的损伤演化过程,利用声发射设备采集试样破坏过程的声发射数据,基于声发射信号建立声发射能量表述的损伤本构方程,对损伤程度进行量化表述,提出了损伤因子在启裂强度和损伤强度的取值区间.基于连续介质损伤力学,对微裂纹的发育过程和声发射能量数综合分析.结果表明,理论应力-应变曲线与试验曲线吻合较好,混凝土单轴压缩过程各阶段吻合度较高,混凝土单轴压缩损伤本构模型具有一定的合理性.