混凝土冲击力学性能测试及数值仿真

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随着混凝土材料工程应用领域的拓宽,人们对机场跑道、高速公路等承受高速撞击,重要建筑物遭遇爆炸、地震、海啸等动态载荷时安全问题的关切日益增加,混凝土材料冲击力学性能的研究引起了人们的高度重视,动态试验测试技术也引起了业界的关注;随着计算机技术的发展,高效、直观的数值仿真技术引起了学者们的广泛关注。本文通过试验研究与数值仿真相结合的方法探究大尺寸砂浆混凝土试样的冲击力学性能,主要工作如下:  开展了试验研究。制备了尺寸为150mm×150mm×100mm的砂浆混凝土试样,并利用微机控制液压万能试验机、卧式分离式霍普金森压缩束杆(SHPB束杆)试验装置分别对试样进行了准静态和动态压缩试验。试验获得了砂浆混凝土试样的弹性模量、准静态单轴抗压强度和动态应力应变曲线,试验表明随着SHPB束杆冲击试验中打击气压的增大,应变率随之增大,试样的动态抗压强度也增大,表明砂浆混凝土是应变率正相关材料。  进行了数值仿真研究,利用Ansys/Ls-dyna软件模拟了砂浆混凝土试样的SHPB束杆冲击试验过程,数值仿真结果与实际冲击试验结果的对比分析表明,仿真结果与试验结果具有良好的吻合性;冲击试验中试样各部分的表面应力不完全均匀;随冲击试验中打击气压的增大试样动态应力应变曲线的应力峰值增大,并获得了打击气压与应力峰值关系的拟合经验公式;打击气压的增大加速了试样的损伤破坏,但不同打击气压下的试样破坏趋势一致,并给出了试样破坏现象的规律。本文还对由25对细杆构成的卧式 SHPB束杆装置和Φ74单杆装置的冲击试验过程进行了仿真对比,研究表明我们采用的束杆装置已较好地避免了SHPB粗杆冲击试验过程中的横向惯性效应问题,试样动态抗压强度存在应变率效应及尺寸效应,应力脉冲幅值较大时,应变率效应影响更大一些,尺寸效应影响相对减少。
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