论文部分内容阅读
混凝土是一种常见的建筑材料,普遍用于土木工程以及军用防护设施中。这些结构在其使用阶段,有可能会遭受动态冲击载荷的作用如爆炸、地震等,因此,研究混凝土的动态力学性能具有重要的意义。分离式霍普金森压杆(The split Hopkinson pressure bar,SHPB)实验技术广泛用于测定混凝土、岩石等脆性材料的动态抗拉强度。然而,在SHPB实验中由于惯性效应的存在,如果把SHPB实验测得的数据计算出来的强度直接作为混凝土的动态抗拉强度,这样会高估混凝土的动态力学性能,因此,由SHPB实验得到的数据并不能反映混凝土的真实动态力学性能。然而,在SHPB实验中消除惯性效应的影响是不可能的,为研究混凝土在冲击载荷下的真实应变率效应引起的抗拉强度的增加,主要做了以下工作:(1)制作两种不同厚度的巴西圆盘试件,进行静态与动态劈裂实验,得到混凝土的静态抗拉强度以及动态抗拉强度。(2)基于Ansys/ls-dyna来模拟SHPB实验,以研究应变率位于30/s~150/s时,SHPB实验中消除惯性效应影响后的混凝土抗拉强度。在数值模拟中,为了研究惯性效应的影响,将混凝土材料假设为与应变率无关的材料。为研究惯性效应与哪些因素有关,建立了5种不同厚度的巴西圆盘试件,以及三种不同平台加载角度的平台巴西圆盘试件。(3)提出了消除SHPB实验中惯性效应影响的方法,通过将数值模拟与实验得到的混凝土动态抗拉强度进行比较,得到SHPB实验中消除惯性效应影响后,能反应混凝土真实动态力学性能的抗拉强度。通过研究可以发现:混凝土是一种率相关的材料,抗拉强度随着应变率的增加而增加;由SHPB动态劈裂实验测得混凝土的动态抗拉强度与试件尺寸有关;动态劈裂实验中存在惯性效应的影响,且随着应变率的增加而增加,试件的厚径比越大,影响也越大;平台加载会增大惯性效应的影响,平台加载角度越大,惯性效应的影响也越大;动态抗拉强度的增强是应变率效应与惯性效应耦合的结果;计算出的混凝土真实应变率效应引起的动态增长因子要比欧洲国际混凝土委员会推荐的要小,由SHPB动态劈裂实验中得到的数据计算出的混凝土的动态抗拉强度,会高估混凝土的动态力学性能。