复合陶粒混凝土的SHPB冲击本构关系

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全轻混凝土(ALWC)以及石轻混凝土(LWCSCA)具有质轻、高强、抗震、耐火等优良特性,在掺入不同种类的纤维后,能有效改善轻骨料混凝土的静力学性能和动力学性能。本文在课题组前期关于静态力学性能研究基础上,通过SHPB冲击试验,对全轻、石轻纤维混凝土以及SPUA-BR全轻、石轻纤维混凝土的冲击性能进行了研究,以探讨其应变率效应,并利用ANSYS/LS-DYNA对ALWC和LWCSCA进行数值模拟,根据试验结果与数值模拟结果的差异,对本构关系进行改进和修正。具体研究内容和结论如下:(1)通过对全轻、石轻纤维混凝土的相关静力学试验,发现纤维的掺入能有效提高轻骨料混凝土的强度和韧性,而基于耗能角度对应力-应变曲线的分析发现,各种纤维均能提高峰值特征量,并能使下降段变得更平缓、更长;(2)随着SHPB冲击试验中的子弹冲击速率增大,混凝土的峰值应力和破坏应变也相应增大,其碎块越来越多,且碎块逐渐变小;(3)综合所有试验结果分析发现,全轻纤维混凝土(FRALWC)以及石轻纤维混凝土(FRLWCSCA)的峰值应变、破坏应变分别和应变率效应以及纤维指标都具有非线性关系;(4)SPUA-BR轻骨料混凝土的峰值应变和峰值应力较FRALWC和FRLWCSCA有明显提高,且随着SPUA-BR的厚度增加而提高,单面喷涂SPUA-BR的混凝土材料出现贯穿裂缝,双面喷涂SPUA-BR的混凝土材料无裂缝,外观完好;(5)利用ANSYS/LS-DYNA对ALWC和LWCSCA进行数值模拟,发现试验结果和数值模拟结果具有良好的相似性,数值模拟结果的峰值应力高于试验曲线,原因是数值模拟过程处于完全理想状态;(6)综合考虑纤维的增强效应、应变率效应和纤维指标影响,对HJC动态本构模型进行了修正。
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