应力状态相关的混凝土动态损伤演化规律实验研究

论文摘要

本文利用分离式霍普金森压杆（SHPB）和一级轻气炮进行了混凝土材料在不同应力状态下的动态损伤演化规律实验研究。混凝土试样在一维应力状态下和较低速的冲击压缩实验在SHPB上进行,包括不同发射气压下的冲击实验和相同气压下的重复冲击（同一试样）实验,实验结果表明混凝土材料的力学性能具有明显的应变率敏感性。随着应变率增加,表观刚度增加,达到相同应变所需的应力提高,所能达到的最大应力也增加,损伤导致的破坏应变减小。而同一试样的重复冲击加载实验表明随着冲击次数的增加,材料内部的损伤不断积累,材料弱化,损伤加剧,直至破坏。利用一级轻气炮结合锰铜压阻计的动态测试技术对混凝土试样进行准一维应变状态下的较高速的冲击压缩实验,测得冲击波在传播方向上的电压-时间变化关系,通过数据处理得到应力-时间曲线及应力-应变曲线,分析应力波传播规律,得到材料的最大应变率和压力衰减传播规律。实验表明冲击波的峰值随传播时间及传播距离快速衰减,混凝土材料呈现出明显的应力松弛和耗散等粘性特征;不同冲击速度下的测试结果表明,随着冲击速度的增加,应力峰值增大,不同靶体的相应部位处应力脉冲幅值衰减明显;应力-应变曲线总体呈现滞回性,最大应力随着应变率的增加而增大。由于混凝土材料内部含有很多微孔洞和微裂纹等损伤缺陷,当冲击应力达到材料微损伤成核的阈值应力后,微损伤成核,微裂纹扩展,微孔洞塌陷,材料损伤发展直至破坏。利用LS-DYNA软件进行了SHPB和轻气炮冲击压缩实验的数值模拟,数值模拟结果与实测结果能较好的吻合。数值模拟对进一步研究混凝土材料在不同应力状态下的动态损伤演化规律和其它力学性能提供了指导。本课题工作为进一步揭示混凝土材料的应力状态相关的动态损伤演化规律和计及损伤演化的混凝土本构关系打下了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 绪论
• 1.1 论文选题的背景和意义
• 1.2 混凝土动态损伤演化规律研究的发展与研究现状
• 1.3 本文的主要工作
• 2 混凝土一维应力状态下分离式霍普金森压杆（SHPB）实验
• 2.1 SHPB 装置及实验原理
• 2.2 混凝土试样SHPB 实验过程
• 2.3 混凝土SHPB 实验数据处理
• 2.4 混凝土SHPB 实验结果分析
• 2.5 结论
• 3 混凝土准一维应变状态下一级轻气炮实验
• 3.1 一级轻气炮装置及实验原理
• 3.2 混凝土试样一级轻气炮实验过程
• 3.3 一级轻气炮实验数据处理及结果分析
• 3.4 实验应力峰值衰减分析
• 3.5 结论
• 4 混凝土动态损伤的数值模拟
• 4.1 ANSYS/LS-DYNA 简介
• 4.2 混凝土SHPB 实验过程数值模拟
• 4.3 混凝土一级轻气炮实验过程数值模拟
• 4.4 结论
• 5 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢