颗粒混凝土冲击压缩动态力学特性试验研究

颗粒混凝土材料在建筑结构中应用比较常见,但其冲击下的动力学性能研究欠缺.为得到颗粒混凝土的动力学特性,借助MTS实验机得出其静力学强度,其后使用直径为75 mm SHPB系统对颗粒混凝土试样做了多种加载速度下的冲击试验.结果表明,颗粒混凝土试样的毁坏模式是非脆性碎裂,呈现出延性特点;随着冲击速度的增大,破坏后的形状由试样被压扁(形态基本完整,表现出明显的可压缩性)过渡到絮状.应变率在103.88~464.71 s^(-1)时,试样的峰值应力随着应变率的变大而增大,表现出明显的应变率效应.根据实验现象和实验数据进行分析,推导建立了颗粒混凝土峰值应力前和峰值应力后应力-应变的等效本构方程,将实验数据与拟合数据进行对比,具有较为明显的一致性,验证了本构方程的准确性.

不同应变率下干燥及饱水玄武岩纤维混凝土力学性能

为研究加载速率和饱水作用对玄武岩纤维混凝土力学特性与破坏机理的综合影响,采用非金属超声波检测仪等装置对试件孔隙率、饱和含水率及纵波波速进行测量,利用万能试验机及直径为74 mm的分离式霍普金森压杆对干燥及饱水试件开展不同应变率下单轴压缩试验,分析应变率及饱水作用对试件纵波波速、应力-应变曲线、峰值应力及弹性模量的影响规律。结果表明:玄武岩纤维混凝土的孔隙度在1.89%~3.05%之间,试件孔隙度与饱和含水率间存在良好的线性正相关关系,饱水作用加快了试件内部纵波的传播速度;静载作用下饱水试件峰值应力低于干燥试件的8.6%,随着应变率的增加,饱水试件及干燥试件峰值应力及弹性模量均增大,试件存在明显的应变率效应,饱水试件应力增幅明显高于干燥试件,应变率达到130 s^(-1)时干燥饱水试件应力基本保持一致,当应变率达到160 s^(-1)时饱水试件峰值应力高于干燥试件的11.4%,弹性模量变化规律与强度变化保持一致;饱水作用对玄武岩纤维混凝土既存在侵蚀劣化作用,又存在水-纤维混凝土动力耦合强化作用,静载作用下水的软化作用及尖端水压力对裂隙的扩展作用降低试件抵抗外荷载能力,而动载作用下孔隙负压的存在及Stefan效应阻碍裂纹的扩展及试件的破坏,干燥及饱水试件应力相同时对应的临界应变率为130 s^(-1)。

冲击荷载下珊瑚礁灰岩动态力学特性及损伤特征

为研究2种珊瑚礁灰岩在冲击荷载下的动态力学特性和损伤特征,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统,对珊瑚格架灰岩和珊瑚砂屑灰岩进行10~190 s-1应变率范围内的冲击压缩试验,得到不同应变率下珊瑚礁灰岩的应力-应变曲线,分析试验中试样的动态峰值应力和弹性模量的应变率效应及能量耗散规律,并结合高分辨率CT扫描和图像处理技术,揭示试样的损伤破坏特征。结果表明:格架灰岩的动态应力-应变曲线具有明显的弹性变形阶段,而砂屑灰岩的压密阶段较为明显;动态峰值应力随应变率的增大呈幂函数增长,格架灰岩的应变率效应较明显,动态弹性模量与应变率满足负指数关系;格架灰岩对能量的吸收能力整体强于砂屑灰岩;珊瑚礁灰岩损伤裂纹多沿生物组分胶结差、贯通孔隙多的部位发生,中高应变率下格架灰岩的损伤裂纹以骨架扩展贯通为主,呈脆性劈裂破坏,而砂屑灰岩主要发生穿孔传播,呈压碎破坏模式,研究成果对岛礁工程建设中动力灾害的预防具有一定的指导意义。

不同应变率下几种高分子聚合物变形耗能特征试验

为探究不同高分子聚合物材料在高应变率下的耗能效果,采用电液伺服机及霍普金森压杆(SHPB)装置对聚乙烯(PE)、聚碳酸酯(PC)、聚甲醛(POM)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)5种材料开展不同应变率下的压缩试验,分析应变率、材料种类对试件压缩变形率、峰值应力、单位体积耗散率及能量耗散率的影响规律。结果表明:静载作用下POM、PC、PVC、PP、PE试件峰值应力分别为104.60、77.60、65.82、43.63、28.70 MPa,压缩变形率分别为7.80%、2.04%、0.81%、4.38%、4.21%,弹性模量变化为PVC>PC>POM>PP>PE,POM试件强度及变形率最高,PVC试件变形程度最低。随着应变率的增大试件峰值应力随之增加,试件强度存在显著应变率效应,且POM试件应变率效应敏感度最弱,PE试件应变率效应最强。试件耗散能与入射能间存在线性正相关,试件单位体积耗散能变化规律为PVC>PC>POM>PP>PE,高应变率下PVC材料耗能效果最好,其次分别为PC、POM、PP,PE材料耗能效果最低。冲击气压的增大使得试件单位体积耗散能增大,能量耗散率降低,试件能量耗散率为PVC>PC>POM>PP>PE,因此PVC材料在高应变率下其强度较高且增幅较大,其自身耗能效果及能量耗散率最大,是定向爆破药包外壳最优选择材料。

低应变率对云南松顺纹抗压强度的影响

木材的力学性能会因外荷载引起的应变率不同而发生改变,为探究地震荷载作用时,云南松(Pinus yunnanensis)木材顺纹抗压强度和峰值位移在1×10-4、1×10^(-3)、5×10^(-3)、1×10-2s^(-1)这4种应变率的变化规律,利用尺寸为30 mm×30 mm×40 mm试件开展轴压试验;利用试验数据获得云南松顺纹抗压强度动力提高系数表达式;使用能量演化方法解释木材应变率效应。结果表明:随着应变率增大,云南松木材试件斜向剪切破坏、劈裂破坏越明显;云南松木材的顺纹抗压强度随应变率增大而增大;云南松木材试件的峰值位移受应变率影响发生改变,但峰值位移随应变率变化相对离散,不存在明显线性关系;能量演化方法可用于解释木材的应变率效应,利用该方法计算出的不同应变率的压力做功,也随应变率增大而增大;使用线性拟合方法给出了云南松顺纹抗压强度动力提高系数表达式,根据该系数可实现应变率不同时,云南松木材测试抗压强度的调整。

不同应变率下碳纤维布约束混凝土单轴压缩力学性能试验研究

碳纤维布对混凝土材料的约束保护作用能够极大提升其力学性能。本文基于试验,采用电液伺服压力机及分离式霍普金森压杆装置(Split Hopkinson Pressure Bar,SHPB)对碳纤维布约束混凝土开展不同应变率下的单轴压缩试验,分析应变率、碳纤维布层数及混凝土强度对碳纤维布约束混凝土应力-应变曲线、峰值应力、动态增强因子DIF(dynamic increase factors)及韧性的影响规律。试验结果表明:不同应变率下试件峰值应力均随碳纤维布层数的增加而增大,两者呈指数函数负相关。应变率的增大使得试件DIF增加,两者呈指数函数正相关,试件存在明显的应变率效应。随着粘贴纤维布层数的增加,C30混凝土试件应变率效应更加敏感。随着混凝土强度等级的提升,碳纤维布层数对试件DIF影响程度降低。应变率、混凝土强度等级及碳纤维布粘贴层数的增加均使试件韧性增大。碳纤维布的约束保护作用能够增加试件的延性,防止混凝土结构物产生脆性破坏,对提升结构物的安全性具有重要意义。

抗收缩工程水泥基复合材料力学性能研究

工程水泥基复合材料(ECC)具有较好的延性和抗拉性能,但成型收缩率较大,容易导致试件成型开裂,严重影响结构的耐久性。在ECC中掺入高性能硫铝酸钙(HCSA)膨胀剂以减小ECC成型收缩率,研究了不同掺量的膨胀剂对ECC收缩率和力学性能的影响。结果表明:膨胀剂掺量为6%~8%(质量分数,下同)时可明显改善ECC的收缩率,膨胀剂掺量过高会使ECC出现膨胀现象;膨胀剂掺量为4%~6%时可明显提高ECC的抗压强度,但对抗拉强度影响较小;膨胀剂掺量为2%~4%时可明显提高ECC的剪切韧性,但对抗剪强度影响较小;膨胀剂掺量为6%~8%时可明显提高ECC的极限弯曲强度。

机场跑道改性沥青混凝土抗冲击性能

为研究中高应变率下NRP和掺高粘剂的SBS两种改性剂对AC-13型沥青混凝土动力性能的影响,采用直径74 mm SHPB装置进行了4个气压下的冲击压缩试验,获得了不同种类改性沥青混凝土的破坏形态及应力-应变曲线。研究表明:沥青混凝土动态应力-应变曲线分为弹性变形、塑性强化和塑性破坏3个阶段,破坏形态分为裂缝、破损、块裂和碎裂4种;两种改性剂均能改善沥青混凝土的抗冲击性能,并且对峰值应力和冲击韧性的应变率敏感性有一定影响,在不同应变率范围内两种改性剂对冲击韧性增强作用不同,NRP对峰值应力增强作用优于掺高粘剂的SBS;应变率超过130/s时,沥青混凝土出现弹性模量退化现象,NRP对弹性模量有提高作用。

冻结黄土抗拉强度的试验研究

冻结饱水黄土的拉伸试验表明，拉伸破坏均属脆性破坏类型，拉断面上矿物颗粒剪移错粒，裂隙发育。拉伸的应力－应变过程，视荷载作用的快慢大致可分为粘弹－塑性、粘－弹性和脆性破坏三类，它们可用统一的方程形式加以描述。此外，对饱水冻结黄土的峰值应力、破坏应变和破坏时间等特性进行了分析．对抗拉、抗压强度作分析比较后指出，它们的比值为０．４４－０．６３，与负温和加载速率的关系不大。

SHPB试验中岩石试件的端面不平行修正

为研究短圆柱体岩石试件端面不平行对岩石动力学特性测试结果的影响,采用有限元分析软件LS-DYNA对9种端面不平行度和5种杨氏模量的岩石试件开展SHPB(split Hopkinson pressure bar)试验数值模拟,对岩石选用HJC(Holmquist-Johnson-Cook)本构模型。数值模拟结果表明,当端面不平行度在0.40%以内时,端面不平行对动态应力测试结果的影响可忽略不计;但对动态应变测试结果的影响较大。当杨氏模量一定时,平均应变率测试误差和峰值应变测试误差随端面不平行度增大呈线性增大;当端面不平行度一定时,平均应变率测试误差和峰值应变测试误差随杨氏模量增大也呈线性增大。对数值模拟得到的平均应变率测试误差和峰值应变测试误差实施二元线性回归分析,提出了SHPB试验中端面不平行岩石试件平均应变率和峰值应变的修正公式。

40Cr钢流变应力的分析及模拟

研究了不同变形条件下流变应力的变化,发现流变应力与变形温度呈递减关系而与变形速率呈递增关系。在Ludwik-Hollomon模型的基础上,提出了一个描述热/温变形的改进模型,该模型在对40Cr钢的模拟中表现出了较好的效果。硬化指数对变形温度不敏感,在低的应变速率下有一个不变值,而在高的应变速率下突然跃变。对峰值应力进行了预测,结果较为理想,预测值与实验值之间的平均相对误差和均方根分别为7.7％和17.59MPa。

钨含量对W-Cu复合材料高温变形行为的影响

采用Gleeble-1500D热模拟试验机，在温度为650-950℃、应变速率为0．01-5S、总应变量为0．7的条件下，对25％W-Cu和50％W-Cu（质量分数）复合材料的热变形行为及其热加工图进行研究和分析。结果表明：此两种复合材料的高温流动应力-应变曲线主要以动态再结晶为特征，峰值应力随变形温度的降低或应变速率的升高而增大；在真应力-应变曲线基础上建立的W-Cu复合材料高温变形本构模型较好地表征了其高温流变特性；同时，利用50％W-Cu复合材料DMM加工图分析了其变形机制和失稳机制，确定其热加工工艺参数应优先选择变形温度为650-700℃、应变速率为1-5s^-1，或者变形温度为850-950℃、应变速率为0．01-0．1s^-1。

整体长轴收缩期峰值应变率指标评价心肌梗死患者左室收缩功能

目的探讨整体长轴收缩期峰值应变率指标在评价心肌梗死患者左室整体收缩功能中的应用价值。方法对14例心肌梗死患者与20例健康对照者,采集心尖两腔、四腔及左室长轴切面二维超声图像,应用VVI技术测量左室各节段收缩期长轴峰值应变率(SRs)并取平均值得出左室整体长轴收缩期峰值应变率(GSRs)。以常规二维超声心动图评价左室壁节段运动,计算室壁运动积分指数(WMSI),并应用Simpson双平面法计算左室射血分数(LVEF)。应用脉冲波组织多普勒显像(PDTI)技术测量并计算二尖瓣环平均收缩期峰值速度(Sm)。比较两组间各指标,评价GSRs指标与WMSI指标、Sm指标及LVEF指标的关系。结果心肌梗死患者组及正常对照组GSRs、WMSI、Sm及LVEF分别为(-0.57±0.21)%和(-1.02±0.09)%、(1.90±0.80)和(1.10±0.30)、(6.20±1.50)cm/s和(9.80±1.30)cm/s、(32.90±7.10)%和(65.50±5.70)%,差异均有统计学意义(P<0.05),且GSRs与WMSI、Sm及LVEF均呈高度相关(r=0.97,-0.98,-0.93,P<0.0001)。结论GSRs是客观评价左室整体收缩功能的新指标。

水泥乳化沥青砂浆力学性能的能量机制

研究了CRTS I型水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)在不同应变率加载条件下的总应变能、耗散应变能和弹性应变能的演变规律,结果表明:应变率越大,CA砂浆内部积聚的弹性应变能越多,峰值应力越大;弹性应变能在峰值应力前大量积聚,之后不断释放转化为破裂面贯通的表面能;应变率越大,弹性应变能占总应变能的比例(We/W)减小的幅度越小,但弹性应变能的释放量越大,释放的速率也越高,CA砂浆强度衰减越快,脆性越明显;耗散应变能随应变增大而不断增加,耗散应变能主要以裂纹的扩展与错位摩擦的方式产生;应变率越大,CA砂浆内部产生的细小裂纹越多,裂纹的扩展受到变形速率的限制,耗散应变能占总应变能的比例(Wd/W)越小.

不同应变率下岩石冲击破坏的声发射特性研究

为了研究在动载荷下岩石破裂的声发射特性,采用霍普金森(SHPB)实验系统对三种岩石进行不同应变率下的冲击载荷破坏实验,同步采集破坏过程的声发射参数,从应力—应变、幅值分布、振铃计数变化以及峰值频率分布等方面进行了分析与研究。实验结果表明:力学特性方面,随着应变率增大,三种岩石的动态强度随之增大,极限应变也随之增大,且岩石试样的破碎程度随之增大,表现为碎块的尺寸减小、块数增加、碎屑增多。在声发射特性方面,三种岩石的峰值频率主要在550 k Hz以下,且随着应变率的增加,三种岩石的振铃计数都随之增大,低幅值信号比例增加,峰值频率在100 k Hz以下的低频信号随之减少,100~200k Hz以及400~550 k Hz的中高频信号随之增多,说明峰值频率有向中高频移动的趋势。

海洛因依赖者左心室功能的评价

目的应用速度向量成像技术(VVI)结合心肌做功指数(Tei指数)评价海洛因依赖者左心室功能,以探索反映早期心肌功能异常的敏感性指标。方法 30例海洛因长期依赖者作为病例组,30例参加体检的健康者作为对照组,常规测量各心腔大小、左室射血分数(LVEF)、左室短轴缩短率(LVFS)等指标;在多普勒模式下测量Tei指数;取心尖四腔的速度向量图像,测定左室各节段的收缩期峰值血流速度(Vp)、峰值应变(S)、峰值应变率(SR)。结果病例组的LVEF、LVFS均低于对照组,但差异均无统计学意义(P>0.05);病例组的Tei指数(0.52±0.06)明显高于对照组(0.35±0.04),差异具有统计学意义(P<0.05)。病例组左室各节段的Vp、S、SR均较对照组下降,差异均具有统计学意义(P<0.05)。结论与常规测量左心室功能的方法相比,VVI技术结合Tei指数能够客观、准确地评价海洛因依赖者的心肌运动功能,对临床诊治及判断预后具有重要的指导意义。

恒应变率下航空有机玻璃耗能模量温度谱的实验研究

通过动态实验和准静态实验测得了恒应变率下３＃航空有机玻璃在一定温度范围内的割线模量与温度的关系。通过付氏变换，转换成耗能模量与温度的关系，再与内耗变频温度谱进行了直接的比较，得到了两种实验条件下的实际对应关系，为蛎线性粘弹性高聚物的力学松弛谱中应变率敏感峰和耗能模量峰之间的关系提供了实验论证，文章还提出了温度负敏感性现象。

应变率效应对整车侧碰仿真的影响研究

为了研究应变率效应对整车侧碰仿真的影响,建立了某紧凑型轿车侧面碰撞有限元仿真模型,对侧碰分析影响较大的关键零部件进行了不考虑应变率效应和考虑应变率效应的侧碰仿真计算,在侧围变形、B柱加速度及侧碰性能指标——关键部位的侵入量与侵入速度等方面与实验结果进行了对比,表明材料的应变率效应对整车侧碰仿真有较大影响。

Ti-IF钢动态再结晶模型

通过Thermecmastor-Z热模拟实验机对Ti-IF(无间隙原子)钢(%:0.009C、0.017Si、0.13Mn、0.012P、0.013S、0.05Ti、0.025Als)在750℃、850℃和变形速率0.1,1,20s-1下进行单道次压缩变形实验。得出Ti-IF钢加工硬化率-应变曲线、动态再结晶状态图和动态再结晶体积分数方程。实验结果表明,对于无明显峰值应变的应力-应变曲线,采用加工硬化率方法确定峰值应变和稳态应变是一种有效的方法。

冲击荷载作用下胶结充填体的力学特性研究

嗣后充填采矿法二步矿柱回采时,胶结充填体不可避免地受到爆破扰动。动载作用下胶结充填体的力学特性如何,直接关系到矿山的生产安全。借助SHPB(分离式霍布金森压杆)试验技术,进行高应变率下的分级尾砂胶结充填体SHPB动载单轴冲击试验,得到其不同应变率条件下的应力-应变曲线,分析了其破坏过程机理。试验结果表明:(1)平均应变率较小时,充填体动态强度增强因子为1左右;随着应变率上升,动载抗压强度变大,动态强度增强因子随之增大;当应变率达到80~100 s-1时,其动态强度增强因子为2左右,最大甚至超过3,体现了显著的应变率相关性;(2)一定范围内,充填体动载抗压强度随浓度、配比的增大而相应的增大;(3)通过对不同应变率下分级尾砂胶结充填体破坏形态的对比归纳,维持其宏观稳定的最高应变率为50 s-1;最后利用ANSYS/LS-DYNA模拟充填体SHPB单轴冲击过程,其应力-应变曲线、充填体破坏特征与试验相互吻合,验证了结论的正确性。