大直径SHPB装置的数值模拟及实验误差分析

介绍了用于混凝土冲击试验的Φ100SHPB装置。利用数值模拟和应变测试相结合的方法讨论了应力波在该装置中的传播特性。二维效应导致应力波在大直径SHPB装置传播过程的弥散现象。同时在实验的大部分时间内大尺寸试样的应力(应变)存在不均匀性。因此大直径SHPB装置进行混凝土冲击压缩应力-应变曲线的实验研究会产生误差。利用数值模拟分析了误差影响程度,同时验证了用混凝土试样应变和透射杆应力得到应力-应变曲线初始段的可行性。

大直径SHPB弥散效应实验研究

实验分别采用铝片作为波形整形器和橡胶胶片作为软性介质,通过SHPB冲击实验研究了2种方法对改善加载波波形的效果影响.实验表明这2种方法都可以有效改善加载波的波形,减小和消除应力波的弥散效应.从加载波波形上来看,铝片的效果要优于橡胶胶片.

基于大直径SHPB的岩石动态响应特征试验

为研究巷道围岩在高应变率作用下的破坏特征,利用大直径分离式霍普金森杆(SHPB)加载系统,对岩样进行冲击压缩试验,探究岩石试样在大直径SHPB冲击作用下的动态响应特征和规律,研究结果表明:波形整形器采用橡胶垫片可以有效改善波形形状,减少波形弥散;岩石试样的动力增强系数与应变率提高系数呈正相关关系,具有显著的应变率敏感性特点;随着应变率的增加,破碎块度平均尺寸和能量利用率均降低;大直径SHPB冲击作用下,岩石试样的能量利用率较低,最高仅为10.10%。

岩石类SHPB实验理想加载波形的三维数值分析

从SHPB实验装置加载波形入手,运用非线性动力分析有限元程序对传统矩形波和改进的半正弦波加载下不同直径入射杆中的波形弥散情形进行分析,显示并验证了SHPB半正弦加载波随杆径增大无明显弥散。该波形是用于岩石类脆性材料大直径SHPB测试的理想波形。

大直径分离式霍普金森压杆试验中的波形整形技术研究

采用直径100 mm分离式霍普金森压杆（SHPB）试验装置,以碳纤维混凝土（CFRC）的SHPB试验为例,就试验过程中的波形整形技术展开研究,内容包括：波形整形器的设计、近似恒应变率的估算、最佳近似恒应变率的确定以及应力均匀性分析。结果表明：厚度为1 mm,直径分别为20 mm2、2 mm、25 mm2、7 mm3、0 mm的H62黄铜波形整形器对入射波形有明显的改善效果,可将入射脉冲上升沿的升时延长1-1.6倍;应变率对于波形整形器的直径很敏感,随着整形器直径的增大,最佳近似恒应变率也在增加,一个几何尺寸的波形整形器只能对应于一个最佳近似恒应变率,且与整形器的直径之间满足线性函数关系;应力不均匀系数能够有效地描述混凝土材料SHPB试验的应力均匀性。

绢云母石英片岩和砂岩的SHPB试验研究

利用液压伺服压力试验机和波形整形器改进后的φ100 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置,研究绢云母石英片岩和砂岩在50～160 s-1应变率等级下的准静态力学性能及其在不同冲击压缩荷载作用下的波形曲线、动态抗压强度、比能量吸收以及破坏形态的应变率效应问题。试验结果表明,绢云母石英片岩和砂岩的动态抗压强度、比能量吸收以及破坏形态均表现出显著的应变率相关性,但弹性模量的应变率相关性较弱。综合绢云母石英片岩和砂岩动态力学性能的对比结果可知,砂岩比绢云母石英片岩对应变率的变化更敏感。从材料的微观结构特征和能量吸收的角度对岩石动态破坏过程进行分析,探寻岩石破坏的本质。研究成果可为其他类型的脆性材料动态力学性能的研究提供参考。

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。

粉砂岩高温后动态力学特性研究

利用大杆径SHPB实验系统,对100℃、200℃、300℃、400℃等不同高温处理后的粉砂岩试样进行了动态力学特性测试。得到了不同高温作用后粉砂岩的全应力-应变曲线、峰值应力、峰值应变及弹性模量的变化规律,并对其微观机理进行了分析。研究表明,随着作用温度的升高,粉砂岩的峰值应力、峰值应变及弹性模量都相应降低,这与砂岩在温度的作用下的内部结构变化密切相关,也与高温作用后岩石内部应力重新分布有直接关系。相关研究结果有助于理解深井开挖岩石在原始温度场改变后的力学特性,可更好地指导工程施工。