基于SHPB技术的超高性能混凝土冲击压缩性能数值研究
发布时间：2021-10-14 09:48
超高性能混凝土（Ultra-High Performance Concrete,UHPC）作为一种断裂韧性大、耐久性能优异且损伤容限高的水泥基复合材料,可广泛应用于海上结构、地下空间、核废料容器和核反应堆防护罩等特殊工程和国防军事工程中。为适应上述特殊工程对于建筑材料的抗冲击、抗爆炸的需求,人们迫切需要对UHPC的动态力学性能开展研究和评估。目前对于混凝土类材料冲击抗压性能的评估一般通过分离式霍普金森杆（Split Hopkinson Pressure Bar,SHPB）来完成,但在试验加载过程中试件加载端面的摩擦效应、应力波的弥散效应和试件的径向惯性效应将对试件应力平衡和一维应力波传播产生重要影响。考虑到目前鲜有评估上述因素在SHPB试验中对UHPC材料动态性能的影响,如参照传统混凝土的处理方法,其适用性有待进一步验证。本文基于大型有限元分析软件LS-DYNA,针对UHPC试件,从改善SHPB实验结果的可靠性及准确性角度出发,进行了如下主要工作:（1）通过修正LS-DYNA软件损伤模型中的关键参数,分别应用Karagozian-CaseConcrete（KCC）模型和Holmquis...
【文章来源】：华东交通大学江西省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
常见的动荷载及其危害
用轻气炮或者射弹枪发射子弹，子弹对目标靶板造成破坏，分析靶板上弹坑直径来评估材料的抗冲击性能，用于混凝土类材料研究时，粗骨料的硬度对实验结果较大[18]。表 1-1 不同应变率对应的试验装置实验装置 液压 落锤 霍普金森杆 射弹适用应变率/s-110-5-1 1-10 101-104103-10通常情况下，爆炸和冲击所产生的应变率属于中高应变率，霍普金森杆能够较出材料在该等级的应变率作用下所表现出的动态力学性能。此外，霍普金森杆的单、易于测量并且实验数据处理方便，因此被广泛应用于金属、混凝土和岩石等动态力学实验中[19]。目前，材料的冲击压缩实验中使用的主要是分离式的霍普金森 Kolsky 于 1949 年基于 Hopkinson 提出的压杆技术改造而来，是测量材料动态力最基本的试验方法之一[20]。起初，SHPB 主要应用于研究内部组织均匀、连续的料。出于对其他材料动态力学性能研究的需求，Ross[21]首次将 SHPB 应用于混凝料在 10-102s-1的应变率范围下的动态力学性能研究。
(a) 王勇华冲击试验[46-47](b) 焦楚杰冲击试验[42]图 1-3 不同强度等级的 UHPC 的应变率-DIF 值关系Fig.1-3 The relationship between DIF values - strain rate of UHPC withDifferent compressive strength grades.2.4 其他因素对 UHPC 动态力学性能的影响为了推广 UHPC 在土木工程中的应用，需要降低制造 UHPC 的成本。UHPC 的组分包括了一定量的钢纤维，这是导致 UHPC 价格相对素混凝土成倍增长的主要原因。于，不少学者开始尝试使用其他单一或多种的纤维对 UHPC 力学性能的影响，以降低HPC 的制造成本[50-51]。此外，在 UHPC 中掺入其他单一或者混杂纤维后获得的静态、态力学性能存在显著差异。李月安[52]通过实验研究发现 UHPC 中掺入聚丙烯纤维后，态抗压强度和冲击韧性均得到不同程度的提高，掺量为 0.15%时静态抗压强度提高量大，掺量为 0.2%时冲击韧性提高量最大。黄政宇[53]对掺入钢纤维和聚丙烯纤维的HPC 进行静态和动态加载试验，结果表明聚丙烯纤维能较大的提高 UHPC 的动态抗压度，钢纤维提高动态抗压强度与变形能力，同时降低了 UHPC 的应变率敏感性。王立[54]对同时掺入 PVA 和钢纤维的 UHPC 开展了 SHPB 加载试验，结果表明常温下的钢
【参考文献】：
期刊论文
[1]普通混凝土落锤冲击动态力学性能试验研究[J]. 刘练,霍静思,刘艳芝,王海涛,谭清华. 铁道科学与工程学报. 2018(06)
[2]超高性能混凝土抗冲击性能研究进展[J]. 任亮,何瑜,王凯. 硅酸盐通报. 2018(01)
[3]超高强水泥基材料的力学及耐久性能[J]. 杜丰音,金祖权,于泳. 材料导报. 2017(23)
[4]活性粉末混凝土研究与应用进展[J]. 肖锐. 工程建设与设计. 2017(13)
[5]钢纤维对超高性能混凝土抗弯力学性能的影响[J]. 梁兴文,胡翱翔,于婧,史庆轩. 复合材料学报. 2018(03)
[6]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)
[7]基于Hoek-Brown准则的混凝土-岩石类靶侵彻模型[J]. 曹扬悦也,蒋志刚,谭清华,蒙朝美. 振动与冲击. 2017(05)
[8]混凝土类材料在SHPB实验中惯性效应的数值模拟研究（英文）[J]. 尚兵,王彤彤. 高压物理学报. 2017(02)
[9]纳米材料对超高性能混凝土动态力学特性的影响实验研究[J]. 仵鹏涛,刘中宪,吴成清,苏宇. 硅酸盐通报. 2016(11)
[10]混杂纤维增强超高性能混凝土弯曲韧性与评价方法[J]. 邓宗才. 复合材料学报. 2016(06)
博士论文
[1]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]超高性能混凝土结构抗弯性能试验研究[D]. 王成志.西南交通大学 2017
[2]超高性能混凝土钢纤维锈蚀的细观力学分析方法研究[D]. 舒刚.西南交通大学 2017
[3]多层框架建筑在其地下室内爆炸冲击下的抗连续倒塌研究[D]. 范其华.天津大学 2016
[4]超高性能纤维增强混凝土（UHPFRC）的实验研究及低速冲击有限元模拟[D]. 王文谈.西南交通大学 2015
[5]混凝土类材料在霍普金森杆实验中的受力状态研究[D]. 王勇.北京理工大学 2015
[6]活性粉末混凝土冲击损伤与数值仿真[D]. 郏晨.广州大学 2013
[7]冲击荷载作用下混凝土动力性能试验研究及有限元分析[D]. 帅晓蕾.湖南大学 2013
[8]混凝土SHPB实验的数值模拟[D]. 孙善飞.合肥工业大学 2008
本文编号：3435924
【文章来源】：华东交通大学江西省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
常见的动荷载及其危害
用轻气炮或者射弹枪发射子弹，子弹对目标靶板造成破坏，分析靶板上弹坑直径来评估材料的抗冲击性能，用于混凝土类材料研究时，粗骨料的硬度对实验结果较大[18]。表 1-1 不同应变率对应的试验装置实验装置 液压 落锤 霍普金森杆 射弹适用应变率/s-110-5-1 1-10 101-104103-10通常情况下，爆炸和冲击所产生的应变率属于中高应变率，霍普金森杆能够较出材料在该等级的应变率作用下所表现出的动态力学性能。此外，霍普金森杆的单、易于测量并且实验数据处理方便，因此被广泛应用于金属、混凝土和岩石等动态力学实验中[19]。目前，材料的冲击压缩实验中使用的主要是分离式的霍普金森 Kolsky 于 1949 年基于 Hopkinson 提出的压杆技术改造而来，是测量材料动态力最基本的试验方法之一[20]。起初，SHPB 主要应用于研究内部组织均匀、连续的料。出于对其他材料动态力学性能研究的需求，Ross[21]首次将 SHPB 应用于混凝料在 10-102s-1的应变率范围下的动态力学性能研究。
(a) 王勇华冲击试验[46-47](b) 焦楚杰冲击试验[42]图 1-3 不同强度等级的 UHPC 的应变率-DIF 值关系Fig.1-3 The relationship between DIF values - strain rate of UHPC withDifferent compressive strength grades.2.4 其他因素对 UHPC 动态力学性能的影响为了推广 UHPC 在土木工程中的应用，需要降低制造 UHPC 的成本。UHPC 的组分包括了一定量的钢纤维，这是导致 UHPC 价格相对素混凝土成倍增长的主要原因。于，不少学者开始尝试使用其他单一或多种的纤维对 UHPC 力学性能的影响，以降低HPC 的制造成本[50-51]。此外，在 UHPC 中掺入其他单一或者混杂纤维后获得的静态、态力学性能存在显著差异。李月安[52]通过实验研究发现 UHPC 中掺入聚丙烯纤维后，态抗压强度和冲击韧性均得到不同程度的提高，掺量为 0.15%时静态抗压强度提高量大，掺量为 0.2%时冲击韧性提高量最大。黄政宇[53]对掺入钢纤维和聚丙烯纤维的HPC 进行静态和动态加载试验，结果表明聚丙烯纤维能较大的提高 UHPC 的动态抗压度，钢纤维提高动态抗压强度与变形能力，同时降低了 UHPC 的应变率敏感性。王立[54]对同时掺入 PVA 和钢纤维的 UHPC 开展了 SHPB 加载试验，结果表明常温下的钢
【参考文献】：
期刊论文
[1]普通混凝土落锤冲击动态力学性能试验研究[J]. 刘练,霍静思,刘艳芝,王海涛,谭清华. 铁道科学与工程学报. 2018(06)
[2]超高性能混凝土抗冲击性能研究进展[J]. 任亮,何瑜,王凯. 硅酸盐通报. 2018(01)
[3]超高强水泥基材料的力学及耐久性能[J]. 杜丰音,金祖权,于泳. 材料导报. 2017(23)
[4]活性粉末混凝土研究与应用进展[J]. 肖锐. 工程建设与设计. 2017(13)
[5]钢纤维对超高性能混凝土抗弯力学性能的影响[J]. 梁兴文,胡翱翔,于婧,史庆轩. 复合材料学报. 2018(03)
[6]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)
[7]基于Hoek-Brown准则的混凝土-岩石类靶侵彻模型[J]. 曹扬悦也,蒋志刚,谭清华,蒙朝美. 振动与冲击. 2017(05)
[8]混凝土类材料在SHPB实验中惯性效应的数值模拟研究（英文）[J]. 尚兵,王彤彤. 高压物理学报. 2017(02)
[9]纳米材料对超高性能混凝土动态力学特性的影响实验研究[J]. 仵鹏涛,刘中宪,吴成清,苏宇. 硅酸盐通报. 2016(11)
[10]混杂纤维增强超高性能混凝土弯曲韧性与评价方法[J]. 邓宗才. 复合材料学报. 2016(06)
博士论文
[1]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]超高性能混凝土结构抗弯性能试验研究[D]. 王成志.西南交通大学 2017
[2]超高性能混凝土钢纤维锈蚀的细观力学分析方法研究[D]. 舒刚.西南交通大学 2017
[3]多层框架建筑在其地下室内爆炸冲击下的抗连续倒塌研究[D]. 范其华.天津大学 2016
[4]超高性能纤维增强混凝土（UHPFRC）的实验研究及低速冲击有限元模拟[D]. 王文谈.西南交通大学 2015
[5]混凝土类材料在霍普金森杆实验中的受力状态研究[D]. 王勇.北京理工大学 2015
[6]活性粉末混凝土冲击损伤与数值仿真[D]. 郏晨.广州大学 2013
[7]冲击荷载作用下混凝土动力性能试验研究及有限元分析[D]. 帅晓蕾.湖南大学 2013
[8]混凝土SHPB实验的数值模拟[D]. 孙善飞.合肥工业大学 2008
本文编号：3435924
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