应力状态对水泥砂浆侵彻性能的影响
发布时间：2021-08-17 10:12
研制了真三轴应力状态作用下混凝土侵彻实验装置。该装置采用液压伺服控制系统对立方体试件施加三向独立的静载、采用高压气体驱动子弹侵彻试件;同时,试件六个面的动态信号可由六根杆上的应变片记录。以M10水泥砂浆试件为例,研究水泥砂浆在不同的应力状态下的侵彻性能,建立了相应的数据处理方法,对比分析了立方体试件无侧限、单向侧限、双向侧限下侵彻差异,揭示出应力状态对侵彻性能的影响。该研究对防护工程等领域有很好的参考意义。
【文章来源】：振动与冲击. 2020,39(15)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
图7 双向侧限状态下的波形
图5所示为无侧限情况端部阻力和侧向摩擦力波形。本实验中无侧限情况主要分为三类,即无侧限单向接触[0]、无侧限双向接触[0,0],以及无侧限三向接触[0,0,0]。例如,无侧限双向接触是指在试件的两个方向用方杆与之接触。试件侧面与方杆仅良好接触但不施加压力,可以测试子弹开坑过程一些有意义的信息,例如侧向摩擦力等。图5(a)为单轴无侧限[0]状态下冲击速度为56.90～150 m/s范围内Y向右支撑杆上测得的端部阻力波形。其波形与图4相似,均具有明显的加速和减速阶段;弹速v=150 m/s情况例外,在减速后出现了一个平台阶段。随着冲击速度的增大,试件所受端部阻力幅值逐渐增大,减速阶段后面波形表现出的自由振荡趋势愈不明显。平头弹丸所受到的最大侵彻阻力与冲击速度成正相关关系。除了弹速v=150 m/s情况,其余波形脉宽均为125 μs,而且波形形状均呈现正弦曲线形态。这表明:在此冲击速度下,弹丸并未进入稳态的侵入过程,侵彻过程很短。而当子弹速度v=150 m/s时,波形存在一个平台段(即CD段),此时试件所受应力在一定时间内保持恒定,表明弹丸已经进入了稳态的侵入过程,其侵彻结果包含了较完整的开坑和侵入两个过程,这与图5(a)中试件f的破坏形态一致。图5(b)和(c)对应的无侧限双向接触[0,0]和无侧限三向接触[0,0,0]的端部阻力波形表现出相同的趋势。对比无侧限单向接触[0]、无侧限双向接触[0,0],以及无侧限三向接触[0,0,0]等三种情况,其端部阻力波形有一定的差异:无侧限单向接触[0]和无侧限双向接触[0,0]时波形的脉宽都约为125 μs,而无侧限三向接触[0,0,0]的脉宽约为95 μs;波形幅值方面,例如在弹速130 m/s左右时,无侧限单向接触[0]时的应力幅值约为0.6 MPa,试无侧限双向接触[0,0]和无侧限三向接触[0,0,0]时的应力幅值均为0.4 MPa。这表明接触状态的不同将对波形产生一定的影响。在相同的应力状态下,随着弹速的增大,波形的上升时间(即AB段宽度)逐渐增大,试件所受应力幅值也逐渐增大,而脉宽几乎不变。这与Forrestal等 [10]给出的结论不同,他认为弹丸减速度-时间曲线都上升到一个幅值几乎相同的平台,且随着冲击速度的增大,仅上升时间和持续时间有明显变化:上升时间减小,持续时间增大。造成这种差异的主要原因是Forrestal研究的速度范围为140～460 m/s,弹丸的侵彻过程主要是侵入阶段;而本文的研究范围为56～150 m/s,弹丸对靶体的侵彻基本处于侵入阶段的前期。另外,弹丸形状、弹丸尺寸以及靶体材料等方面也存在差异。
表2 侵彻深度公式参数Tab.2 Parameters of Penetration depth formula 应力状态 C×10-5 n f */MPa 无侧限 4.2 2.0 14.7 单向侧限 4.2 2.0 17.6 双向侧限 4.2 2.0 25.84 结 论
【参考文献】：
期刊论文
[1]三轴应力状态下混凝土的侵彻性能研究[J]. 徐松林,单俊芳,王鹏飞,胡时胜. 爆炸与冲击. 2019(07)
[2]真三轴静载作用下混凝土的动态力学性能研究[J]. 徐松林,王鹏飞,单俊芳,张鸣,周李姜. 振动与冲击. 2018(15)
[3]基于三维Hopkinson杆的混凝土动态力学性能研究[J]. 徐松林,王鹏飞,赵坚,胡时胜. 爆炸与冲击. 2017(02)
[4]弹体侵彻混凝土开坑阶段阻力的计算[J]. 薛建锋,沈培辉,王晓鸣. 高压物理学报. 2016(06)
本文编号：3347575
【文章来源】：振动与冲击. 2020,39(15)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
图7 双向侧限状态下的波形
图5所示为无侧限情况端部阻力和侧向摩擦力波形。本实验中无侧限情况主要分为三类,即无侧限单向接触[0]、无侧限双向接触[0,0],以及无侧限三向接触[0,0,0]。例如,无侧限双向接触是指在试件的两个方向用方杆与之接触。试件侧面与方杆仅良好接触但不施加压力,可以测试子弹开坑过程一些有意义的信息,例如侧向摩擦力等。图5(a)为单轴无侧限[0]状态下冲击速度为56.90～150 m/s范围内Y向右支撑杆上测得的端部阻力波形。其波形与图4相似,均具有明显的加速和减速阶段;弹速v=150 m/s情况例外,在减速后出现了一个平台阶段。随着冲击速度的增大,试件所受端部阻力幅值逐渐增大,减速阶段后面波形表现出的自由振荡趋势愈不明显。平头弹丸所受到的最大侵彻阻力与冲击速度成正相关关系。除了弹速v=150 m/s情况,其余波形脉宽均为125 μs,而且波形形状均呈现正弦曲线形态。这表明:在此冲击速度下,弹丸并未进入稳态的侵入过程,侵彻过程很短。而当子弹速度v=150 m/s时,波形存在一个平台段(即CD段),此时试件所受应力在一定时间内保持恒定,表明弹丸已经进入了稳态的侵入过程,其侵彻结果包含了较完整的开坑和侵入两个过程,这与图5(a)中试件f的破坏形态一致。图5(b)和(c)对应的无侧限双向接触[0,0]和无侧限三向接触[0,0,0]的端部阻力波形表现出相同的趋势。对比无侧限单向接触[0]、无侧限双向接触[0,0],以及无侧限三向接触[0,0,0]等三种情况,其端部阻力波形有一定的差异:无侧限单向接触[0]和无侧限双向接触[0,0]时波形的脉宽都约为125 μs,而无侧限三向接触[0,0,0]的脉宽约为95 μs;波形幅值方面,例如在弹速130 m/s左右时,无侧限单向接触[0]时的应力幅值约为0.6 MPa,试无侧限双向接触[0,0]和无侧限三向接触[0,0,0]时的应力幅值均为0.4 MPa。这表明接触状态的不同将对波形产生一定的影响。在相同的应力状态下,随着弹速的增大,波形的上升时间(即AB段宽度)逐渐增大,试件所受应力幅值也逐渐增大,而脉宽几乎不变。这与Forrestal等 [10]给出的结论不同,他认为弹丸减速度-时间曲线都上升到一个幅值几乎相同的平台,且随着冲击速度的增大,仅上升时间和持续时间有明显变化:上升时间减小,持续时间增大。造成这种差异的主要原因是Forrestal研究的速度范围为140～460 m/s,弹丸的侵彻过程主要是侵入阶段;而本文的研究范围为56～150 m/s,弹丸对靶体的侵彻基本处于侵入阶段的前期。另外,弹丸形状、弹丸尺寸以及靶体材料等方面也存在差异。
表2 侵彻深度公式参数Tab.2 Parameters of Penetration depth formula 应力状态 C×10-5 n f */MPa 无侧限 4.2 2.0 14.7 单向侧限 4.2 2.0 17.6 双向侧限 4.2 2.0 25.84 结 论
【参考文献】：
期刊论文
[1]三轴应力状态下混凝土的侵彻性能研究[J]. 徐松林,单俊芳,王鹏飞,胡时胜. 爆炸与冲击. 2019(07)
[2]真三轴静载作用下混凝土的动态力学性能研究[J]. 徐松林,王鹏飞,单俊芳,张鸣,周李姜. 振动与冲击. 2018(15)
[3]基于三维Hopkinson杆的混凝土动态力学性能研究[J]. 徐松林,王鹏飞,赵坚,胡时胜. 爆炸与冲击. 2017(02)
[4]弹体侵彻混凝土开坑阶段阻力的计算[J]. 薛建锋,沈培辉,王晓鸣. 高压物理学报. 2016(06)
本文编号：3347575
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