新型复合防护材料的动静态力学特性和工程应用研究
发布时间：2021-03-05 06:49
研究具有高强度和良好吸能消波效果的新型复合防护材料及其在防护工程中的应用有着重要的理论学术价值和工程应用价值。本文首先开展了钢纤维混凝土复合材料的动静态力学试验并提出了其分段式含损伤的准静态本构关系和非线性粘塑性动态本构关系;然后,重点制备了新型的空壳颗粒复合材料,并完成了其作为防护工程分配层的化爆试验及其数值模拟和分析等工作,提出了空壳颗粒复合材料的三维Kelvin-Maxwell双粘性系数等效本构模型,并通过对比数值模拟结果和试验结果的应力时程曲线、峰值应力和应力脉宽,从而优选确定了等效本构中的材料参数;同时,将空壳颗粒复合材料新形式的双粘性系数等效本构模型应用于防护结构数值计算中,研究了防护结构动态响应和损伤破坏效应。本文主要内容和创新成果包括:利用岩石三轴应力试验机,开展了钢纤维混凝土准静态试验研究,得到较低应变率下、不同钢纤维含量的材料应力-应变关系曲线;从试验曲线出发,将应变和钢纤维含量作为二个独立的因子,提出了一种物理概念较为清晰,拟合过程较为便捷的钢纤维混凝土的新型分段式含损伤的准静态本构关系;并通过对不同钢纤维含量混凝土试验曲线的拟合,得到了相应的材料参数。研究结果表...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：116 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２．１电液伺服岩石三轴应力试验机??
以岩石三轴应力试验为基础，外荷载加载速率通过位移控制的方式，??保证在恒应变率条件下，开展了一系列不同钢纤维含量的混凝土材料??试验。不同钢纤维含量下的应力－应变曲线如图２．２所示，从图中可知，钢纤维含??量对应力和应变产生影响，除个别试验结果离散外，一般都随着钢纤维含量的增??加而增大，材料峰值应力随着钢纤维含量的增加而提高，而材料的弹性模量则基??本不随钢纤维含量的变化而改变。??钢纤维混凝土的试验曲线揭示了材料受压损伤破坏的基本特征：应力－应变??曲线的线弹性阶段和非线性阶段，应力－应变曲线呈现非线性是由于材料生成裂??纹并发展，材料随之损伤，达到峰值应力后裂纹不稳定扩展，损伤的演化发展使??材料产生应力的应变软化效应，由试验曲线可知，钢纤维含量是影响材料损伤演??化发展的主要因素。相对素混凝土而言，钢纤维混凝土材料的峰值应力和极限应??变都大幅提高，进而说明了钢纤维有增强和增初效果。??８０?－？?ｊ?■?１０％??．?－＾－０．７５％??７０－?ｆＶ、?－Ａ－１．５％??卜
钢纤维混凝土动态力学性能研宄??３．２?ＳＨＰＢ试验设备及试验技术?＇??如图３．１所示ＳＨＰＢ试验设备，常见的ＳＨＰＢ压杆测试系统主要有：子弹、??入射杆、透射杆、阻尼吸收杆和信号采集示波器组成。其中，由高强度合金钢制??成的入射杆和透射杆可以保证杆体在试验过程中是弹性变形，为了获得较理想的??试验数据，应该在试验前知晓杆材的密度、弹性模量、波速等材料参数。由于试??验要求的限制，对于钢纤维混凝土这种粗骨料试件，为了克服或减少试件尺寸的??影响，防止应力的不均匀和试验数据的离散，需采用大口径ＳＨＰＢ试验系统，本??文试验采用炮兵学院先进材料动力学试验室〇７５ｍｍ的ＳＨＰＢ试验系统完成，如??图３．?１所示。??！?—?——ｍｒｕ??ＳｓｒａｓＢ?ｉｓ？｜Ｍｎ?ｍｃ？８ｏ？＊ｓｊ＞ｒ?Ｃｓｓｓｉｘｍ??图３．１?ＳＨＰＢ试验设备和示意图??试验前一定要通过支座调整入射杆和透射杆的高度，保证两杆水平且同轴。??将试件端面打磨平整涂上凡士林后夹于入射杆和透射杆之间
【参考文献】：
期刊论文
[1]弹丸侵彻自然土弹道的试验研究与数值模拟[J]. 任保祥,陶钢. 科学技术与工程. 2018(01)
[2]新型空壳颗粒材料在人防工程中应用的实验研究[J]. 孙晓旺,李永池,叶中豹,赵凯,张春晓,马剑,张永亮. 爆炸与冲击. 2017(04)
[3]一种基于围压和应变率效应的动态本构模型在钢纤维混凝土中的应用[J]. 李世超,黄瑞源,唐奎,王金相. 兵工学报. 2017(S1)
[4]以新型空壳颗粒复合材料为分配层的成层防护结构抗爆性能试验研究[J]. 叶中豹,李永池,赵凯,黄瑞源,张永亮. 实验力学. 2017(03)
[5]普通混凝土HJC本构模型参数确定[J]. 任根茂,吴昊,方秦,周建伟,龚自明. 振动与冲击. 2016(18)
[6]防护工程中遮弹层的研究进展[J]. 闫焕敏,张志刚,葛涛,李明钊,郭家齐. 兵器材料科学与工程. 2016(01)
[7]TNT爆炸的数值计算及其影响因素[J]. 高轩能,吴彦捷. 火炸药学报. 2015(03)
[8]混凝土SHPB实验中惯性效应的机理及其影响因素研究[J]. 张书,卢玉斌. 兵工学报. 2014(S2)
[9]光滑帽子动态本构模型验证及应用研究[J]. 刘俊新,杨春和,刘育田. 振动与冲击. 2014(16)
[10]低温下钢纤维混凝土SHPB试验研究[J]. 梁济丰,吕磊,王峰. 混凝土与水泥制品. 2013(10)
博士论文
[1]高效率、高精度耦合算法及对材料冲击响应特性应用的研究[D]. 孙晓旺.中国科学技术大学 2017
[2]炸药爆轰产物状态方程理论与应用研究[D]. 韩勇.中国工程物理研究院 2015
[3]孔隙类工程材料的静动态力学性能研究和在防护工程中的应用[D]. 李煦阳.中国科学技术大学 2014
[4]地面防护工程抗爆复合材料与结构研究[D]. 张勇.中国矿业大学 2014
[5]爆炸荷载下钢管混凝土柱抗爆性能研究[D]. 孙珊珊.长安大学 2013
[6]灰色系统理论在动能弹侵彻混凝土靶体中的应用研究[D]. 陈星明.中国工程物理研究院 2012
[7]钢纤维混凝土的动态本构模型及其有限元方法[D]. 曹吉星.西南交通大学 2011
[8]混凝土高温静动力学特性研究[D]. 贾彬.重庆大学 2011
[9]微重力环境下半浮区液桥的对流特性以及旋转磁场对流控制的研究[D]. 姚丽萍.重庆大学 2011
[10]钢纤维三维编织增强混凝土（3D-BSFC）的静动态力学性能的试验研究与数值模拟[D]. 季斌.南京航空航天大学 2011
硕士论文
[1]改性双基推进剂高应变率动态力学性能研究[D]. 田博.北京理工大学 2015
[2]基于细观层次的混凝土SHPB实验数值模拟研究[D]. 周晶.西南科技大学 2015
[3]颗粒炸药撞击力学试验和数值模拟[D]. 赵莹.北京理工大学 2015
[4]新型SCCC柱式桥墩抗冲击性能研究[D]. 刘琦.沈阳建筑大学 2015
[5]局部高掺量钢纤维混凝土复合梁抗弯力学性能研究[D]. 曹勇.重庆交通大学 2014
[6]CO2腐蚀玻璃钢的数值模拟及寿命预测[D]. 田洁.哈尔滨工业大学 2012
[7]混凝土在单轴冲击荷载作用下的破坏准则研究[D]. 李意.西南科技大学 2012
[8]钢纤维聚合物高强混凝土受压本构关系研究[D]. 李保军.华南理工大学 2011
[9]隧道内爆炸作用衬砌结构的损伤机理和抗爆性能研究[D]. 夏谦.浙江大学 2011
[10]二维GEL耦合方法及其对爆炸容器的数值模拟[D]. 李蕾.中国工程物理研究院 2009
本文编号：3064768
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：116 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２．１电液伺服岩石三轴应力试验机??
以岩石三轴应力试验为基础，外荷载加载速率通过位移控制的方式，??保证在恒应变率条件下，开展了一系列不同钢纤维含量的混凝土材料??试验。不同钢纤维含量下的应力－应变曲线如图２．２所示，从图中可知，钢纤维含??量对应力和应变产生影响，除个别试验结果离散外，一般都随着钢纤维含量的增??加而增大，材料峰值应力随着钢纤维含量的增加而提高，而材料的弹性模量则基??本不随钢纤维含量的变化而改变。??钢纤维混凝土的试验曲线揭示了材料受压损伤破坏的基本特征：应力－应变??曲线的线弹性阶段和非线性阶段，应力－应变曲线呈现非线性是由于材料生成裂??纹并发展，材料随之损伤，达到峰值应力后裂纹不稳定扩展，损伤的演化发展使??材料产生应力的应变软化效应，由试验曲线可知，钢纤维含量是影响材料损伤演??化发展的主要因素。相对素混凝土而言，钢纤维混凝土材料的峰值应力和极限应??变都大幅提高，进而说明了钢纤维有增强和增初效果。??８０?－？?ｊ?■?１０％??．?－＾－０．７５％??７０－?ｆＶ、?－Ａ－１．５％??卜
钢纤维混凝土动态力学性能研宄??３．２?ＳＨＰＢ试验设备及试验技术?＇??如图３．１所示ＳＨＰＢ试验设备，常见的ＳＨＰＢ压杆测试系统主要有：子弹、??入射杆、透射杆、阻尼吸收杆和信号采集示波器组成。其中，由高强度合金钢制??成的入射杆和透射杆可以保证杆体在试验过程中是弹性变形，为了获得较理想的??试验数据，应该在试验前知晓杆材的密度、弹性模量、波速等材料参数。由于试??验要求的限制，对于钢纤维混凝土这种粗骨料试件，为了克服或减少试件尺寸的??影响，防止应力的不均匀和试验数据的离散，需采用大口径ＳＨＰＢ试验系统，本??文试验采用炮兵学院先进材料动力学试验室〇７５ｍｍ的ＳＨＰＢ试验系统完成，如??图３．?１所示。??！?—?——ｍｒｕ??ＳｓｒａｓＢ?ｉｓ？｜Ｍｎ?ｍｃ？８ｏ？＊ｓｊ＞ｒ?Ｃｓｓｓｉｘｍ??图３．１?ＳＨＰＢ试验设备和示意图??试验前一定要通过支座调整入射杆和透射杆的高度，保证两杆水平且同轴。??将试件端面打磨平整涂上凡士林后夹于入射杆和透射杆之间
【参考文献】：
期刊论文
[1]弹丸侵彻自然土弹道的试验研究与数值模拟[J]. 任保祥,陶钢. 科学技术与工程. 2018(01)
[2]新型空壳颗粒材料在人防工程中应用的实验研究[J]. 孙晓旺,李永池,叶中豹,赵凯,张春晓,马剑,张永亮. 爆炸与冲击. 2017(04)
[3]一种基于围压和应变率效应的动态本构模型在钢纤维混凝土中的应用[J]. 李世超,黄瑞源,唐奎,王金相. 兵工学报. 2017(S1)
[4]以新型空壳颗粒复合材料为分配层的成层防护结构抗爆性能试验研究[J]. 叶中豹,李永池,赵凯,黄瑞源,张永亮. 实验力学. 2017(03)
[5]普通混凝土HJC本构模型参数确定[J]. 任根茂,吴昊,方秦,周建伟,龚自明. 振动与冲击. 2016(18)
[6]防护工程中遮弹层的研究进展[J]. 闫焕敏,张志刚,葛涛,李明钊,郭家齐. 兵器材料科学与工程. 2016(01)
[7]TNT爆炸的数值计算及其影响因素[J]. 高轩能,吴彦捷. 火炸药学报. 2015(03)
[8]混凝土SHPB实验中惯性效应的机理及其影响因素研究[J]. 张书,卢玉斌. 兵工学报. 2014(S2)
[9]光滑帽子动态本构模型验证及应用研究[J]. 刘俊新,杨春和,刘育田. 振动与冲击. 2014(16)
[10]低温下钢纤维混凝土SHPB试验研究[J]. 梁济丰,吕磊,王峰. 混凝土与水泥制品. 2013(10)
博士论文
[1]高效率、高精度耦合算法及对材料冲击响应特性应用的研究[D]. 孙晓旺.中国科学技术大学 2017
[2]炸药爆轰产物状态方程理论与应用研究[D]. 韩勇.中国工程物理研究院 2015
[3]孔隙类工程材料的静动态力学性能研究和在防护工程中的应用[D]. 李煦阳.中国科学技术大学 2014
[4]地面防护工程抗爆复合材料与结构研究[D]. 张勇.中国矿业大学 2014
[5]爆炸荷载下钢管混凝土柱抗爆性能研究[D]. 孙珊珊.长安大学 2013
[6]灰色系统理论在动能弹侵彻混凝土靶体中的应用研究[D]. 陈星明.中国工程物理研究院 2012
[7]钢纤维混凝土的动态本构模型及其有限元方法[D]. 曹吉星.西南交通大学 2011
[8]混凝土高温静动力学特性研究[D]. 贾彬.重庆大学 2011
[9]微重力环境下半浮区液桥的对流特性以及旋转磁场对流控制的研究[D]. 姚丽萍.重庆大学 2011
[10]钢纤维三维编织增强混凝土（3D-BSFC）的静动态力学性能的试验研究与数值模拟[D]. 季斌.南京航空航天大学 2011
硕士论文
[1]改性双基推进剂高应变率动态力学性能研究[D]. 田博.北京理工大学 2015
[2]基于细观层次的混凝土SHPB实验数值模拟研究[D]. 周晶.西南科技大学 2015
[3]颗粒炸药撞击力学试验和数值模拟[D]. 赵莹.北京理工大学 2015
[4]新型SCCC柱式桥墩抗冲击性能研究[D]. 刘琦.沈阳建筑大学 2015
[5]局部高掺量钢纤维混凝土复合梁抗弯力学性能研究[D]. 曹勇.重庆交通大学 2014
[6]CO2腐蚀玻璃钢的数值模拟及寿命预测[D]. 田洁.哈尔滨工业大学 2012
[7]混凝土在单轴冲击荷载作用下的破坏准则研究[D]. 李意.西南科技大学 2012
[8]钢纤维聚合物高强混凝土受压本构关系研究[D]. 李保军.华南理工大学 2011
[9]隧道内爆炸作用衬砌结构的损伤机理和抗爆性能研究[D]. 夏谦.浙江大学 2011
[10]二维GEL耦合方法及其对爆炸容器的数值模拟[D]. 李蕾.中国工程物理研究院 2009
本文编号：3064768
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