陶瓷纤维混凝土的抗冲击性能试验研究

采用100分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置,研究了不同纤维掺量(体积分数,下同)的陶瓷纤维混凝土(CRFRC)冲击压缩特性.采用厚度为1mm,不同直径的H62黄铜波形整形器对入射波进行整形,确保了试验过程中的应力均匀性,实现了恒应变率加载.结果表明:随着纤维掺量的增加,CRFRC的峰值应力和峰值应变明显增加,应力应变曲线下降段由缓变陡;冲击压缩强度和能量吸收特性较素混凝土显著提高,当应变率为(74±2)s-1时,纤维掺量为0.3%的CRFRC能量吸收率明显高于素混凝土.另外,拟合了动态强度增长因子随应变率对数变化的关系式.

高温后混凝土冲击破碎能耗及分形特征研究

为研究高温后混凝土在冲击破碎过程中的能量耗散特性及碎块块度分布规律,采用100 mm分离式霍普金森压杆装置,对不同温度(常温、200℃、400℃、600℃、800℃)作用后的混凝土进行冲击压缩实验,分析了冲击弹速和温度对试件冲击破碎能耗、破坏形态及碎块分形维数的影响。研究结果表明:同一温度下,耗散能随弹速和应变率的升高不断增大,同一弹速下,耗散能随温度的升高总体呈下降趋势;冲击破坏后混凝土破碎块度分布是一个统计意义上的分形,随弹速及温度的升高,试件破碎程度增大,碎块数目增多、尺寸减小,分形维数增大;耗散能与碎块分形维数的变化在相同温度下具有一定的正相关性。由此可见,不同温度、弹速下混凝土的冲击破碎是外部能量驱动下的分形演化过程。

高温后玄武岩纤维混凝土冲击破碎分形特征

采用Ф100 mm分离式霍普金森压杆试验系统,对高温后素混凝土（Plain Concrete,PC）及玄武岩纤维混凝土（Basalt Fiber Reinforced Concrete,BFRC）在冲击荷载作用下破碎块度分布、破碎分维及能耗特性进行研究。结果表明,冲击破坏后试件破碎块度分布为统计意义的分形,温度及弹速的升高导致试件破碎程度及分维值总体增大;BFRC分维在常温及600℃~800℃时普遍小于PC,在200℃~400℃时随弹速提高较PC先减小后增大,纤维掺量为0.2%时BFRC分维相对较大;同一温度下试件能耗密度随分维的增大而增大,相同能耗密度下分维随温度的升高而增大;BFRC分维随弹速的变化有两个临界速度特征点：起裂临界及粉碎临界弹速,在此弹速范围内,试件破碎分形演化特征明显,分维随弹速提高显著增大,且临界弹速随温度的升高逐渐下降。

钢纤维混凝土的高温动态强度特性

本文采用自主研制的高温SHPB试验系统,对高温条件下钢纤维混凝土(SFRC)的动态压缩强度进行了试验研究。结果表明:高温下SFRC的动态抗压强度同时存在加载速率强化效应和温度强弱化效应。加载速率越大,SFRC的动态抗压强度越高;200℃以前,以温度强化效应为主,200℃以后则以温度弱化效应为主,400℃后低于常温下的动态抗压强度,600℃后低于常温下的静压强度,到800℃时强度已变得很小。钢纤维的加入可以显著提高混凝土在不同温度和加载速率下的动态抗压强度,且纤维掺量越大,相应增加幅度越高;当纤维体积掺量为1.0%时,SFRC的动态抗压强度增长因子高于素混凝土。

冲击荷载下高流态地质聚合物混凝土的强度特性

以矿渣、粉煤灰为原材料,NaOH,Na_2CO_3为碱激发剂,制备了强度等级为C30的高流态地质聚合物混凝土(highly fluidized geopolymer concrete,HFGC),并采用经波形整形技术改进后的φ100分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置测试了HFGC在冲击荷载下的强度特性,包括动态劈裂拉伸强度和动态压缩强度.结果表明:HFGC的动态强度特性表现出了明显的应变率相关性,其增强因子可用平均应变率的对数线性表示;动态劈裂拉伸状态下的应变率敏感阀值为5.027 s^(-1),动态压缩状态下的应变率敏感阀值为28.89 s^(-1),动态劈裂拉伸强度的应变率敏感性要比动态压缩强度强;HFGC的动态强度特性的定性趋势与普通混凝土一致,但与普通混凝土相比,HFGC的应变率敏感性因其具备特有的无机缩聚三维氧化物网络结构而更为明显,可以更有效地发挥其在冲击荷载作用下的整体强度特性.由此可见,HFGC是应变率敏感材料.

高流态地质聚合物混凝土的高应变率动态压缩变形特性

以矿渣、粉煤灰为原材料，以NaOH、Na2CO3为碱激发剂，制备了强度等级为C30的高流态地质聚合物混凝土（highly-fluidized geopolymer concrete，HFGC），运用波形整形技术改进了Ф100mm SHPB实验装置，通过参数控制保证应力均匀和恒应变率加载，对HFGC开展了动态压缩实验，分析了HFGC在冲击压缩荷载下的变形特性。HFGC属于应变率敏感材料和脆性材料，高应变率作用下，HFGC的典型应力应变曲线包括压实挤密阶段、弹性阶段和软化、屈服阶段。在10～100s^-1的应变率范围内，HFGC的峰值应变εc随应变率的变化表现出明显的冲击韧化效应，εc随应变率的升高先增大后减小，满足二次函数关系εc=-1．2×10^-6ε^2·-＋1．6×10^-4ε^·-＋0．0017，变形特性变化的临界应变率为66．7s^-1。HFGC的动态弹性模量均低于其在准静态下的弹性模量。

采用改进的SHPB方法对闭孔泡沫铝的动态压缩性能的研究

采用改进的分离式霍普金森压杆,分别对长度为10、16 mm的闭孔泡沫铝试件在不同应变率下进行了动态压缩试验,得出了相应的应力-应变曲线,分析了应变率对闭孔泡沫铝的变形、应力以及能量吸收性能的影响。结果表明:在340～1350s-1下,两组试件均未能完全压实,动态压缩应力-应变曲线只存在弹性区和屈服平台区,缺少致密区;闭孔泡沫铝的变形、应力以及能量吸收性能均有明显的应变率效应。

温度、应变率对碳纤维混凝土变形特性的影响

采用自主研制的高温SHPB试验系统,对高温条件下碳纤维混凝土(CFRC)的变形特性进行了试验研究。结果表明:高温下CFRC的动态峰值应变同时存在加载速率强化效应和温度弱化效应。动态极限应变存在加载速率强化效应;同一加载速率下随温度的升高先降低后增大的变化趋势,200℃以前,以温度弱化效应为主,200℃以后,以温度强化效应为主;800℃时的动态极限应变要高于常温时的情况。碳纤维可以有效提高混凝土在不同温度和加载速率下的动态变形能力,当碳纤维体掺量为0.3%时,增幅最大,其次是0.1%CFRC和0.2%CFRC。

玄武岩纤维地聚物混凝土的高温动态力学特性

采用自主研制的高温100 mm SHPB试验装置,研究了玄武岩纤维增强地聚物混凝土(BFRGC)的瞬时高温动态力学特性.采用厚度为1.0 mm,直径为30,35,40,45,50 mm的铝片作为整形器对入射波进行整形,保证了试验过程的有效性.结果表明:不同温度下,玄武岩纤维地聚物混凝土(BFRGC)的动态抗压强度、峰值应变和能量吸收特性随应变率的提高近似线性增长;200℃时BFRGC的动态抗压强度相对于常温时大幅度提高;随着温度的升高,BFRGC的峰值应变显著提高,且均大幅度高于常温时的峰值应变值;200～600℃时BFRGC的吸能特性明显优于常温状态,而800℃时能量吸收特性明显降低.

高温下混凝土动态强度特性

本文采用自主研制的高温SHPB试验系统对200℃、400℃、600℃和800℃下混凝土的动态强度特性进行了试验研究,分析了应变率与温度对混凝土抗压强度的影响,结果表明:不同温度下,混凝土的应变率均随弹速的提高线性增长;混凝土的动态抗压强度随应变率的升高而增大;存在一个临界应变率,使得当应变率大于该临界应变率时,动态强度增长因子随应变率对数的增大而显著提高;温度对混凝土强度有显著影响,400℃时动态抗压强度高于常温。

基于多色集合的军事物流路径选择研究

将多色集合理论引入军事物流路径选择问题,建立多色集合模型,并利用多色集合的析取运算从复杂的运输网络中筛选出满足一定要求的路径方案;采用层次分析法构造判断矩阵,确定各指标权重;对各方案的颜色集合求和取平均值构造方案矩阵,并建立评价集,从而得到满足指标要求的最优方案。多色集合方法操作简单,指标、评价等级选择灵活,可根据决策者的需求确定对各项指标的要求,对于工程人员、决策人员较为实用。

粉煤灰/矿渣基无机聚合物早期性能研究

基于矿渣基早强无机聚合物,分别采用2种粉煤灰制备粉煤灰/矿渣无机聚合物(FSIP),对其工作性能、早期力学性能和物相组成进行分析,并进一步研究了粉煤灰掺量为0、5%和15%的无机聚合物基快硬混凝土(IPFC)的早期力学性能变化规律。结果表明,粉煤灰的掺入对FSIP的工作性能有显著的提升效果,但整体上会对FSIP和IPFC的力学性能造成一定的削弱;粉煤灰能使材料的内部结构更加密实,但对其XRD图谱并没有明显的改变,且粉煤灰掺量越大,材料的非晶体含量越高。

动静组合加载下岩石的吸能特性研究

地下工程中的岩体多处于复杂应力状态下,采用100 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置研究了不同应力状态的砂岩在冲击荷载作用下的动态力学性能,将不同应力状态下砂岩的冲击力学性能进行对比分析。结果表明:砂岩的强度和比能量吸收(SEA)随平均应变率的增长而近似线性增长,具有显著的应变率相关性;在同一应变率水平下,围压对砂岩的动态力学性能有显著影响,砂岩的SEA大幅提高;围压作用下砂岩的损伤度与SEA成非线性正相关。

陶瓷纤维混凝土冲击力学响应及统计损伤本构模型试验研究

采用Φ100mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置对陶瓷纤维混凝土的动态力学性能进行研究,并验证了试验结果的有效性;基于IPBS模型(修正平行杆模型),建立考虑应变率效应的混凝土单轴受压统计损伤本构模型,模拟陶瓷纤维混凝土的动态损伤破坏过程。结果表明:陶瓷纤维对普通硅酸盐混凝土的增强增韧效果明显,尤其是在高应变率范围内;SHPB试验过程中应力均匀性和恒应变率加载条件得到了较好地满足;动态损伤本构模型提供曲线与试验曲线吻合较好,能够较为准确地描述陶瓷纤维混凝土破坏前的应力应变关系。

陶瓷纤维对普通硅酸盐混凝土的强韧化效应

采用液压试验机和100mm分离式霍普金森压杆实验装置,研究了体积分数为0.1%、0.2%和0.3%的陶瓷纤维混凝土的准静态和动态力学性能,分析了陶瓷纤维的增强机理,并将其与相同纤维体积分数的碳纤维混凝土进行对比。结果表明:陶瓷纤维改善了普通硅酸盐混凝土的准静态力学性能;纤维体积分数为0.3%时,抗压强度提高15.0%,劈裂抗拉强度提高8.5%,抗折强度提高12.7%。冲击荷载作用下,陶瓷纤维混凝土的动态抗压强度和比能量吸收随平均应变率的增加近似线性增长;体积分数为0.2%时,陶瓷纤维的增强、增韧效果最佳。陶瓷纤维对普通硅酸盐混凝土的增强、增韧效果总体上优于碳纤维。

高温下混凝土动态力学特性试验

基于自行研制的适用于100 mm分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)装置的高温试验设备,采用相应高温试验技术在100 mm SHPB装置上对混凝土分别在常温、200、400、600、800和1000℃下的动态力学特性进行了试验研究。结果表明:高温下混凝土的动态应力应变曲线体现出温度效应和应变率效应,随温度和应变率增大,曲线逐渐表现出塑性特性;高温下混凝土的动态抗压强度随温度升高或平均应变率增长先提高后降低;高温下混凝土的动态峰值应变随温度升高或平均应变率增大而不断提高,动态峰值应变与平均应变率之间存在近似线性增长关系;高温下的动态峰值应变大于常温下,相对增幅随温度升高或应变率增大而不断提高。

高温后陶瓷纤维增强地聚物混凝土性能与声学损伤的关系

以矿渣和粉煤灰为原料,制备了陶瓷纤维增强地质聚合物混凝土(CFRGC)。通过抗压强度试验、超声波测试和裂缝宽度检测,引入小波变换理论,研究了不同温度、不同纤维掺量下CFRGC强度、波速、频谱特征的变化规律以及温度裂缝的开展演化情况。结果表明,高温后CFRGC内部结构受损,导致抗压强度降低,纵波波速和声阻抗减小,温度裂缝宽度增大;声波测试信号经小波分解后在各频段内的功率谱密度分布及能量随损伤的增大有较为明显的变化,某一频段内的信号能量对损伤比波速更敏感;纤维体积掺量为0.3%时,陶瓷纤维对地质聚合物混凝土的高温性能具有良好的改善效果。

基于地质聚合物混凝土的SHPB实验参数控制

为有效地测试地质聚合物混凝土的冲击力学特性,以矿渣、粉煤灰为原材料,制备了高流态的C30地质聚合物混凝土,探索了此类混凝土的霍普金森压杆(SHPB)实验技术参数的控制规律,得到了射弹速度、整形器直径与最佳近似恒应变率之间的关系。结果表明:波形整形技术消除了波形振荡现象,有效地降低了弥散效应;整形后应力波形的前沿升时远远高于传统矩形波的前沿升时,保证了应力的均匀性;通过组合控制射弹速度和整形器直径,实现了恒应变率加载。

冲击荷载下钢板EPS混凝土复合防护门动力响应分析

聚苯乙烯混凝土（EPS混凝土）是一种新型胶凝复合材料，将它制成钢板EPS混凝土复合结构应用于防护门中具有优异的性能。EPS混凝土符合多孑L材料的基本特性，其应力．应变曲线具有明显的三阶段特征，其中应力平台段显著，在冲击荷载下发生塑性变形，具有较好的吸能特性。同时，钢板EPS混凝土．钢板所构成的复合结构属于分层介质结构。本文分析了应力波在其中传播的过程，并推导出了应力波在传播过程中的衰减公式，以塑性波在分层介质中的传播机制为基础，定量分析了钢板EPS混凝土复合防护门在冲击荷载作用下的动力响应。