不同高应变率冲击荷载作用下混凝土试样的能量耗散分析

针对混凝土材料在冲击荷载作用下能量耗散和破碎程度关联性难确定的问题,采用分离式霍普金森压杆(SHPB)完成了混凝土试块冲击试验,通过对冲击后碎块的筛分试验和应力波传播过程中应变的测试,得到了试块的能量耗散规律和破碎特征。结果表明,(1)入射应力波的加载时间约为380μs,入射能、反射能和吸收能随冲击气压的增大而增大;同一气压下,反射能最早达到平衡;(2)平均应变率越大,入射能和吸收能也越大;当平均应变率为300/s左右时,能量利用率为最低值;(3)随着入射能的增加,吸收能的增长率越来越大,当入射能达到2100 J时,吸收能近乎线性增长;(4)随冲击气压增大,试样由拉裂破坏逐渐转移为压碎破坏,且随着材料吸收能的增大,平均破碎尺寸越来越小。当吸收能大于700 J时,吸收能对试样的平均破碎尺寸减小的影响较小。

一种考虑应变率效应的结构非线性时程分析方法

提出一种在非线性时程分析中考虑材料应变率效应的近似方法:首先,对结构进行不考虑应变率效应的非线性时程分析;然后,根据第一次分析的结果可以得到关键位置在与结构最大顶点位移对应的前1/4循环内的平均应变率,根据这些点的平均应变率对进入非线性构件材料的本构关系进行修正;最后,对结构进行第二次分析。给出了该方法的力学解释,并通过数值模拟对该方法进行了验证。结论:所提出的方法具有较高的精度,可以作为一种在非线性时程分析中考虑应变率效应的有效方法。

考虑应变率效应的Pushover分析方法

基于结构动力学原理,提出了一种在Pushover分析中考虑应变率效应的方法:首先,对结构进行不考虑应变率效应的Pushover分析;然后,计算顶点位移为Di时,1/4循环的时间和关键点在1/4循环内的应变变化量,根据关键点在1/4循环内的平均应变率对模型进行修正,进行第2次Pushover分析,得到Pushover曲线上的一个点(Di,Vi),改变Di的值,按照该方法得到一系列Pushover曲线上的点;最后,将各个点用光滑曲线连接,得到结构考虑应变率效应的Pushover曲线。采用一个钢筋混凝土模型对该方法得到的Pushover曲线和逐步增量非线性时程分析方法得到的结果进行了对比。结果表明:该方法具有合理性。

金属封装式FBG传感器设计及应变传递试验

为实现对被测基体结构应变的精确测量,设计一种基于金属封装粘贴式光纤光栅应变传感器,建立了6层结构的应变传递模型,分析推导了被测基体层、基底粘胶层、封装基底层、光纤粘胶层、保护层及光纤光栅层的应变传递机理,并通过理论分析和有限元仿真对比分析了光纤光栅长度、光纤粘胶层厚度、基底粘胶层厚度、中间层的弹性模量和泊松比等主要因素对平均应变传递率的影响.根据仿真结果,确定所设计的金属封装粘贴式光纤光栅传感器的封装材质、尺寸及粘胶层厚度.最后通过设计等强度悬臂梁作为施加载荷载体,提出应变传递误差修正系数,对上述铝合金封装粘贴式光纤光栅及裸光纤光栅传感器进行了应变传递对比试验.结果表明,裸光纤光栅和金属封装式光纤光栅传感器的平均应变传递率分别为98.25%和98.15%,与仿真计算误差在0.15%~0.25%以内.

非轴向力下粘贴式FBG传感器应变传递机制研究

研究了结构监测中粘贴式光纤布拉格光栅(FBG)传感器轴线方向与基体结构主应力方向成一定角度时,传感器测量的应变与基体结构实际应变的关系。建立了非轴向力作用下粘贴式FBG传感器应变传递方程和应变传递理论模型,并得到沿传感器标距各点的应变传递率、最大应变传递率和平均应变传递率。通过有限元仿真验证了理论模型的有效性,通过参数分析得到平均应变传递率随传感器角度变化的规律。研究结果表明:平均应变传递率随传感器角度的增大而减小,当传感器角度为零时,平均应变传递率最大,且方程形式与轴向力情况相同,因此推导所得的方程可归结为平均应变传递率的一般表达式;当传感器角度为90°时,平均应变传递率为零,此时传感器不能测出基体结构的应变。给出的理论模型及仿真结果对指导粘贴式FBG传感器在结构健康监测中的实际应用有参考价值。

单轴冲击荷载下冻土能量耗散特性试验研究

为研究应变率和含水率对冻土能量耗散的影响,通过Ф50 mm分离式霍普金森压杆(Split Hopkinson Pressure Bar)动力学试验,综合研究了不同冲击速度(4~10 m/s)、不同含水率条件(9%~18%)下冻结黏土的能量耗散特性。试验结果表明:(1)从耗散能的角度将冻土破坏吸能过程分为3个阶段:缓慢增长、快速增长和趋于稳定阶段;耗散能、反射能和透射能与入射能间呈一次函数正相关(R^(2)>0.94),且入射能、反射能、透射能和耗散能与平均应变率间也存在线性正相关关系(R^(2)>0.87);随含水率增加,能量反射系数、能量透射系数和能量耗散系数分别呈先递减后增加、先递增后减少和先递增后减少趋势。研究成果为冻土区爆破工程施工提供借鉴参考。

高温后混凝土SHPB试验研究

采用Φ100 mm分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,简称SHPB)试验装置,对常温和经历200℃、400℃、600℃、800℃高温作用后的混凝土进行冲击压缩试验,得到动态压缩应力-应变曲线,分析弹速、温度对平均应变率的影响以及温度、平均应变率对动态抗压强度的影响。结果表明:弹速与平均应变率之间、平均应变率与动态抗压强度之间都近似呈线性关系。温度对混凝土动态性能影响显著,在相同弹速下与常温情况相比,200℃时平均应变率有所提高、动态抗压强度有所降低,400℃时与常温接近,400℃以后平均应变率随着温度增加而提高,而动态抗压强度随着温度的增加而急剧下降,至800℃不足常温试件的30%。高温将降低混凝土的应变率敏感性,其中以400℃降低最为明显。

院前延迟对急性前壁心肌梗死急诊介入治疗患者心功能的影响

目的本研究旨在探讨院前延迟对急性前壁心肌梗死急诊介入治疗患者心功能影响。方法连续收集2018年6月至2019年3月于我院行急诊介入治疗的急性前壁心肌梗死患者57例,根据院前延迟是否大于6 h分为长延迟组及短延迟组。所有患者均收集术后次日及1周的心脏功能指标及左室整体平均应变率(global longitudinal strain⁃average,GLS⁃AVG),术后6个月复查心脏功能指标。结果术后次日左室舒张末内径(left ventricular end diastolic diameter,LVEDD)、左室舒张末容积指数(left ventricular end⁃diastolic volume index,LVEDVI)、左室收缩末容积指数(left ventricular end⁃systolic volume index,LVES⁃VI)差异无统计学意义(P>0.05)。术后次日左室射血分数(left ventricular ejection fraction,LVEF),差异有统计学意义(P=0.02)。术后1周LVEDD两组无明显统计学差异,LVEDVI、LVESVI在短时程组低于长时程组,LVEF高于长时程组(P<0.05)。GLS⁃AVG差异也有统计学意义(P=0.046)。6个月随访过程中仍可见到组间差异(P<0.05)。结论减少院前延搁时间,尽早开通血管能够改善急性前壁心肌梗死患者1周内及6个月的左室收缩功能。

冲击载荷下砂岩强度特性及破坏规律研究

为了研究砂岩的强度特性以及破坏规律,利用分离式Hopkinson装置对砂岩巴西圆盘进行不同冲击速度的动态劈裂试验,并利用三维非线性动力学分析软件LS-DYNA模拟这一劈裂过程。通过对试验所得应力应变曲线与模拟所得应力应变曲线的对比,确定数值模型的有效性。结合试验结果以及模拟结果可以得出,总体上砂岩的动态抗拉强度随着平均应变率的增大而增大,但并不是线性关系,而是当平均应变率低于某一值时,动态抗拉强度随着平均应变率的增加急剧增大,当平均应变率高于这一值时,动态抗拉强度随着平均应变率的增加而缓慢的增加;在动态劈裂过程中,砂岩巴西圆盘的破坏并不都是从中心位置起裂的,初始起裂位置与平均应变率的大小有关,当平均应变率小于某一值时,初始起裂位置在靠近入射杆一端,当平均应变率大于某一值时,初始起裂位置在靠近透射杆一端;砂岩试件的总体破坏顺序是由靠近入射杆端或者靠近透射杆端向中间位置扩展,同时由试件表面向内部扩展,最终上下表面导通,试件被劈裂成两半。

灰岩和白云岩动态压缩力学性能的SHPB实验

为了得到爆破荷载作用下岩石的破坏特性及爆破振动波的传播特性,利用RMT-150C多功能实验机和改进后的ф50mm的分离式Hopkinson压杆装置,分别研究灰岩和白云岩试件的静态力学特性和在5种不同应变率等级下的动态力学性能。实验结果表明,随着平均应变率的增加,灰岩和白云岩试件的动态抗压强度、峰值应变、吸收能、比能量吸收值以及破碎程度都明显增加,表现出显著的应变率效应,而初始弹性模量对应变率的相关性不敏感。从岩石的动态抗压强度和能量吸收两个方面,对比分析灰岩和白云岩动态力学性能的共性和差异性,更合理地解释了岩石在动态冲击荷载下的破坏本质。

再生砖粉水泥砂浆动态力学性能试验研究

为了研究再生砖粉砂浆在动压巷道中对锚杆支护结构发挥的作用,采用∅50mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置,研究四种不同再生砖粉替代率(0%,10%,20%,30%)的水泥砂浆在不同平均应变率等级下的动力学特性。试验结果表明:在冲击荷载作用下,当平均应变率小于110s^(-1)时,掺有砖粉的水泥砂浆峰值应变均大于对照组;在30~150s^(-1)平均应变率范围内,砖粉替代率为10%的再生砖粉水泥砂浆动态抗压强度高于其他组;相同应变率下,砖粉替代率为10%的再生水泥砂浆极限韧性最高、吸收能量最高,因此10%替代率下的再生砖粉水泥砂浆具有良好的抗冲击性能。这对研究建筑固体废弃物的再生利用以及如何合理选择锚杆支护材料具有参考价值。

不同干密度红砂岩土分离式霍普金森压杆试验与分析

红砂岩土作为路基回填土时,会导致路基出现厚度大、疏松等问题。为解决动荷载条件下红砂岩土的能量耗散问题,选取了赣州南桥-龙川高速公路路基土为试验材料,利用SHPB试验装置对不同干密度的红砂岩土进行了冲击试验。基于试验,主要分析了冲击应力波波形、峰值应力的变化特征,以及吸收能与冲击次数、反射能与平均应变率、总吸收能与干密度的关系。通过拟合建立了数学经验模型,并明确了不同干密度红砂岩土的能量耗散规律,可为赣南地区红砂岩土加固提供参考。

动载下胶结充填体的力学特性试验研究

胶结充填体的稳定性对于矿山安全生产至关重要。为了研究动载作用下充填体的动力学特性,利用霍普金森压杆(SHPB)对充填体进行单轴冲击试验,研究充填体应力应变曲线、动态抗压强度、动态强度增长因子与平均应变率之间的关系。结果表明,当平均应变率低于60 s^(-1)时,应力应变曲线峰后阶段为“应变回弹”类型;超过80 s^(-1)时,为“峰后塑性”类型;介于二者之间时,为“应力跌落”类型;随着平均应变率的增大,试样动态抗压强度先迅速增大,后趋于稳定,对应的平均应变率临界值为80 s^(-1)。利用Gompertz模型能较好的描述充填体动态抗压强度与平均应变率之间的关系;动态强度增长因子与平均应变率正相关,当平均应变率处于40~130 s^(-1),动态强度增长因子范围在1.5~3之间。

动载荷和含水率对红砂岩动态强度和变形的影响

地下工程岩体爆破开挖过程中,动荷载和地下水对工程岩体的安全稳定具有显著影响。为揭示动荷载和含水率对岩石的影响特性,采用改进的霍普金森压杆试验装置,用4种不同的冲击速度,在6种含水率工况下对红砂岩进行冲击压缩试验,根据试验中采集到的3组应力波信号,利用三波法将其转化为岩石的动态应力-应变曲线,得到了岩石的动态峰值应力、极值应变和平均应变率等参数。试验结果表明:相同动荷载作用下,随着含水率增加,动态峰值应力逐渐减小,且二者具有良好的指数函数关系;随着含水率增加,岩石动态极值应变线性增加;随着含水率增加,岩石的平均应变率呈指数型增长。随着冲击速度的增大,动态峰值应力、动态极值应变和岩石的平均应变率均增大。研究结果有助于对深部岩石的稳定性进行监测,为工程中的突水突泥等灾害的发生机理及影响因素的研究提供一定参考。

影响光子秤精度的主要因素

本文主要从光纤光栅传感器的制作和传感器的封装以及光纤光栅传感器的平均应变传递率入手,阐明了在其中影响光子秤精度的主要因素。从理论上找到了提高光子秤精度的方法。

表贴式胶体与光纤弹性模量比对应变传递率的影响

表贴式光纤布拉格光栅传感器包括光纤、中间层、基体三部分,通过分析胶体与光纤的弹性模量比,探究胶体的弹性模量、泊松比、长度等因素对基体到光纤平均应变传递率的影响。实验结果表明,与未考虑弹性模量比时的平均应变传递率相比,考虑弹性模量比时,平均应变传递率随胶体弹性模量、长度的增加而增加,随胶体厚度、泊松比的增加而减小,随胶体宽度的增加先增加后减小,研究结果更符合实际应用情况。

高水压对红砂岩动态强度和变形特性影响的试验研究

深部岩体工程处于高水压和高地应力地质环境中,其动态力学特性深受赋存环境的影响。为研究高水压和高地应力对岩石(体)动态力学特性的影响,基于自主研发的高水压高地应力岩石动力学试验装置,对红砂岩进行不同水压力和轴向静应力的冲击试验,分析岩石动态峰值应力、极限应变、平均应变率及动态变形模量随水压力的变化规律,探索动态峰值应力、极限应变与平均应变率的关系,构建峰值应力、极限应变、平均应变率与水压力及极限应变与平均应变率的关系经验模型。基于滑移断裂模型,分析水压力作用下岩石微观结构的强度与变形特性,探索水压力对岩石动态力学特性的影响机制。研究结果表明,相同轴向静应力作用下,红砂岩的动态峰值应力随水压力的增大逐渐增大,峰值应力与水压力呈良好的对数函数分布;红砂岩的平均应变率和极限应变随水压力的增加而减小,二者都与水压力呈指数函数关系。外界水压力及红砂岩裂隙面中水的Meniscus效应、Stefan效应及牛顿内摩擦效应抑制裂隙的萌生扩展,进而提高红砂岩的抗压强度及抵抗变形能力。研究结果有助于完善深部岩石动力学理论,对具有深部高水压环境下岩体工程爆破开挖安全高效设计和施工提供理论基础。

三维动静组合加载下岩石的破坏形态及力学性能研究

为研究岩爆等地质灾害发生的力学机制,利用改进的霍普金森杆试验装置,对红砂岩进行预加载三维静应力下受冲击载荷试验,分析红砂岩的破坏形态、能量耗散规律及变形强度特征.研究表明,红砂岩的破坏形态在有无围压情况下,都随着轴压的增大破坏程度增大,在无围压及有围压情况下分别呈现出"X"型和"圆锥台"型的压剪破坏形态.当轴压固定时,红砂岩的破坏程度随围压的增大而降低.在三维动静组合加载下,红砂岩入射能及单位体积吸收能与平均应变率呈线性递增关系,且递增的程度随轴压的增大表现出先增大后降低的趋势,而随围压的增大而增大.红砂岩应力应变曲线在不同平均应变率下表现出应变回弹、应力跌落及峰后塑性三种类型.红砂岩抗压强度增长因子与平均应变率1/3次幂呈线性递增关系.

循环冲击对围压作用下砂岩特征的影响

利用带围压装置的分离式霍普金森压杆系统对砂岩试样进行不同围压下的循环冲击试验,探讨了冲击应变波的波形特征,并对围压与应力应变、损伤因子等物理量间的关系进行了分析.结果表明:透射波在砂岩试件中传播时存在明显的非线性,并可计算得到砂岩中冲击波的形成距离;砂岩在无围压作用下发生脆性破坏,有围压时表现出明显的弹塑性特征.当围压一定时,应力-应变曲线的上升段斜率随冲击次数增加而减小;当围压增大时,不同冲击次数下的应力-应变曲线差异减小;砂岩损伤因子随平均应变率增大呈幂函数增长,且二者均随围压增加呈现出良好的规律性.

反复冲击压缩高岭土动力特性SHPB试验

为了探明软黏土在反复冲击压缩荷载作用下的动力响应,利用SHPB (Split Hopkinson Pressure Bars)试验技术,建立高岭土SHPB试验系统,进行反复冲击压缩试验。通过比选确定合理的试样厚度、整形器和冲击速度用以提高试验结果的精度;开展了7组不同厚度、含水率和冲击速度的高岭土试样测试,试样厚度分别为10,15 mm,含水率分别为24%、29%和36%,冲击速度分别为3,5 m·s-1。试验结果表明:含水率29%的试样,冲击速度为5 m·s-1更有利于试样应力均匀性的实现,反复冲击次数的增加亦提高了试样的均匀性,在反复冲击后,试样应变量下降约16%,而应力峰值提高了约30%;反复冲击过程中,高岭土试样的应变出现软化现象,随着冲击次数增加,试样的应变峰值经历"降低-上升-降低"的过程;平均应变率与含水率反相关,相同试样厚度下,冲击速度为5 m·s-1,含水率为24%的试样反复冲击下的平均应变率最大为210 s-1,冲击速度为3 m·s-1,含水率为24%的试样的平均应变率依然最大为177 s-1;高岭土试样的压缩波速主要受含水率的影响,含水率越高,波速越大,含水率为36%的试样波速最大值为313 m·s-1,厚度为10 mm的试样能更有效获取冲击压缩波速。