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目前,混凝土材料广泛应用于军事防护结构以及核设施,这些结构在冲击荷载作用下的力学性能成为关系到工程安全的重大课题。冲击荷载具有强度高、作用时间短的特点,要求混凝土在短期内吸收大量的冲击荷载所产生的能量,有效降低对防护目标的能量冲击。因此,开展混凝土材料在冲击荷载作用下的能量吸收特性研究具有十分重要的意义。
本文首先进行混凝土单轴压缩试验与SHPB试验,获得混凝土静、动力学特性。基于SHPB试验中入射波、反射波和透射波能量计算公式,获得各冲击速度下混凝土试验能量积分曲线,分析了混凝土在不同冲击速度下的能量吸收特性。基于混凝土HJC动态本构模型,运用LS-DYNA软件完成混凝土SHPB试验的三维数值模拟,从应力应变曲线、弹性杆共轴撞击理论、试件破坏特征等方面论证了数值模拟的可靠性。随后,完成了多工况的混凝土SHPB试验数值模拟。基于数值模拟再现的试验中应力波传播过程,详细分析了入射、反射和透射能量变化规律,并将入射波能量斜率定义成混凝土耗能因子,同时对混凝土耗散能量百分比进行分析,基于数值模拟试验结果拟合得到混凝土耗能因子的计算公式,并进一步获得混凝土在特定冲击速度下的耗散能计算公式。