用ABAQUS在做霍普金森杆仿真时，为什么应力波传不过去？
大象使会发出一种次声波来传递信息
超声波的频率高至20000Hz以上（每秒振动20000次以上），由于它的频率高，因此具有以下特点：（a）方向性好，几乎沿直线传播；（b）穿透能力强，能穿透许多电...
那个壳设置是专门针对板壳单元的，用于板壳力学分析。平面应力应变分析当然该选实体，因为是我们把三维实体分析简化成平面分析的。
abaqus中构件是复合受力，在采用混凝土塑性损伤模型时还是采用单轴混凝土应力-应变关系
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答: 阿三的价格和萨发个阿萨德的萨芬是大家看过
答: 笔记本电脑被盗，并且人家也懂得一些电脑知识，我个人认为想通过技术找回笔记本电脑，难。
答: dos下,输入netsh winsock reset 回车后重起.
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基于霍普金森压杆系统的动态压痕实验
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3秒自动关闭窗口岩石SHPB试验中子弹形状对加载波形的数值模拟--《《地下空间与工程学报》vol.9 No.5》2013年
岩石SHPB试验中子弹形状对加载波形的数值模拟
【摘要】：利用有限元分析软件LS-DYNA对几种不同几何形状入射子弹在霍普金森压杆试验实验中产生的加载波形进行了数值模拟,在入射杆尺寸与撞击速度恒定的情况下,重点探讨入射子弹的几何形状对于加载波形的影响,为设计能打出近似理想半正弦波(或钟形波)的子弹提供理论依据。模拟研究发现:等截面子弹长度与加载波持续时间成正相关;锥形子弹末端截面直径越小,加载波上升沿时与脉冲持续时间越长,同时波形也越趋向于钟形波,但应力峰值则降低;对于本文设计的变截面子弹,其等截面段越长,加载波形越趋向于半正弦波。
【作者单位】：
【基金】：
【分类号】：TU458【正文快照】：
1引言分离式霍普金森压杆(SHPB)实验装置因其结构简单、操作方便、测量方法巧妙、加载波形易于控制等优点，被广泛应用于材料动态性能实验研究。然而，由于该装置以一维应力波理论和均匀性2013年第5期方新宇，等:岩石SHPB试验中子弹形状对加载波形的数值模拟1001假定为基础，
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【参考文献】
中国期刊全文数据库
李夕兵,古德生,赖海辉;[J];爆炸与冲击;1993年02期
周子龙,李夕兵,赵国彦,胡柳青;[J];矿冶工程;2005年03期
刘石;许金余;刘军忠;吕晓聪;;[J];岩石力学与工程学报;2011年09期
李夕兵，陈寿如，古德生;[J];中南矿冶学院学报;1994年03期
李夕兵，刘德顺，古德生;[J];中南工业大学学报;1995年04期
许金余;刘石;;[J];岩土力学;2012年11期
【共引文献】
中国期刊全文数据库
吕晓聪;许金余;张龙;张磊;;[J];兵工学报;2010年S1期
东兆星,单仁亮;[J];爆破器材;2000年01期
陶俊林,田常津,陈裕泽,陈刚,张方举,李思忠,黄西成;[J];爆炸与冲击;2004年05期
李伟;谢和平;王启智;;[J];爆炸与冲击;2006年01期
赖建中;孙伟;戎志丹;;[J];爆炸与冲击;2008年06期
叶洲元;李夕兵;万国香;周子龙;尹土兵;洪亮;;[J];爆炸与冲击;2009年04期
左宇军;唐春安;朱万成;谭志宏;;[J];东北大学学报(自然科学版);2007年06期
李战鲁;王启智;;[J];动力学与控制学报;2007年04期
唐红梅;王智;鲜学福;陈洪凯;;[J];重庆大学学报;2011年10期
刘军忠;许金余;吕晓聪;王泽东;张磊;;[J];工程力学;2012年01期
中国重要会议论文全文数据库
宋小林;谢和平;王启智;;[A];Hopkinson杆实验技术研讨会会议论文集[C];2007年
吕晓聪;许金余;张龙;张磊;;[A];第九届全国冲击动力学学术会议论文集（上册）[C];2009年
邓志方;黄西成;谢若泽;;[A];中国计算力学大会'2010（CCCM2010）暨第八届南方计算力学学术会议（SCCM8）论文集[C];2010年
宋博;姜锡权;陈为农;;[A];第三届全国爆炸力学实验技术交流会论文集[C];2004年
谢建军;卢芳云;王志兵;;[A];第三届全国爆炸力学实验技术交流会论文集[C];2004年
褚世永;郭伟国;;[A];第五届全国爆炸力学实验技术学术会议论文集[C];2008年
李夕兵;宫凤强;周子龙;尹土兵;洪亮;;[A];第六届全国爆炸力学实验技术学术会议论文集[C];2010年
王鲁明;于江;赵坚;夏逸平;;[A];第六届全国爆炸力学实验技术学术会议论文集[C];2010年
赖建中;孙伟;;[A];第17届全国结构工程学术会议论文集（第Ⅲ册）[C];2008年
何满潮;钱七虎;;[A];第九届全国岩石力学与工程学术大会论文集[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库
曲嘉;[D];哈尔滨工程大学;2010年
高光发;[D];中国科学技术大学;2010年
宫凤强;[D];中南大学;2010年
曹吉星;[D];西南交通大学;2011年
杨海清;[D];重庆大学;2010年
朱耀;[D];哈尔滨工业大学;2010年
左宇军;[D];中南大学;2005年
胡柳青;[D];中南大学;2005年
巫绪涛;[D];中国科学技术大学;2006年
张磊;[D];中国科学技术大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库
杜晶;[D];中南大学;2011年
熊智文;[D];华东交通大学;2011年
白玉柱;[D];太原理工大学;2003年
赵习金;[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2003年
苏碧军;[D];四川大学;2003年
叶作亮;[D];西南石油学院;2003年
吴会民;[D];国防科学技术大学;2003年
展辰辉;[D];河海大学;2005年
宋小林;[D];四川大学;2005年
李伟;[D];四川大学;2005年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库
,王礼立;[J];爆炸与冲击;1986年04期
李夕兵,古德生,赖海辉;[J];爆炸与冲击;1993年02期
单仁亮,陈石林,李宝强;[J];爆炸与冲击;2000年01期
刘孝敏,胡时胜;[J];爆炸与冲击;2000年02期
徐明利,张若棋,王悟,李英华;[J];爆炸与冲击;2002年04期
巫绪涛,胡时胜,张芳荣;[J];爆炸与冲击;2003年04期
李海波,赵坚,李俊如,李廷芥,高建光;[J];辽宁工程技术大学学报(自然科学版);2001年04期
单晓云,李占金;[J];河北理工学院学报;2003年02期
刘孝敏,胡时胜;[J];实验力学;2000年04期
王道荣,胡时胜;[J];实验力学;2002年01期
中国博士学位论文全文数据库
洪亮;[D];中南大学;2008年
【相似文献】
中国期刊全文数据库
陶俊林,陈裕泽,田常津,陈刚,李思忠,黄西成;[J];固体力学学报;2005年01期
宋力,胡时胜;[J];爆炸与冲击;2005年03期
陈网桦,刘建飞,彭金华,胡时胜,刘荣海;[J];实验力学;1997年02期
朱励,王永刚,郝军;[J];四川师范大学学报(自然科学版);2005年03期
陶俊林,李玉龙,田常津,陈裕泽,李思忠,潘志亮,谢若泽;[J];爆炸与冲击;2004年03期
陶俊林,田常津,陈裕泽,陈刚,张方举,李思忠,黄西成;[J];爆炸与冲击;2004年05期
巫绪涛,胡时胜,张芳荣;[J];爆炸与冲击;2003年04期
胡金生,唐德高,陈向欣,周早生;[J];解放军理工大学学报(自然科学版);2003年01期
翟越;赵均海;门玉明;;[J];西安建筑科技大学学报(自然科学版);2009年03期
邹广平,李秀坤,张学义;[J];应用科技;2002年11期
中国重要会议论文全文数据库
张祖根;李英雷;李英华;;[A];第六届全国爆炸力学实验技术学术会议论文集[C];2010年
王绪财;彭刚;冯家臣;;[A];第十届全国冲击动力学学术会议论文摘要集[C];2011年
李夕兵;宫凤强;周子龙;尹土兵;洪亮;;[A];第六届全国爆炸力学实验技术学术会议论文集[C];2010年
王鲁明;赵坚;华安增;赵晓豹;;[A];第八届全国岩石动力学学术会议论文集[C];2003年
董海威;刘呈呈;陈江瑛;陈建康;;[A];塑性力学新进展——2011年全国塑性力学会议论文集[C];2011年
满轲;周宏伟;;[A];第三届废物地下处置学术研讨会论文集[C];2010年
王静;张磊;金峰;张晓忠;;[A];第六届全国爆炸力学实验技术学术会议论文集[C];2010年
谢若泽;胡文军;邓志方;何鹏;潘晓霞;张方举;;[A];第十届全国冲击动力学学术会议论文摘要集[C];2011年
陈柏生;肖岩;黄政宇;张灿光;;[A];第五届全国爆炸力学实验技术学术会议论文集[C];2008年
王宝珍;胡时胜;;[A];第六届全国爆炸力学实验技术学术会议论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库
杨宝;[D];华南理工大学;2012年
翟越;[D];长安大学;2008年
陶俊林;[D];中国工程物理研究院;2005年
杨少伟;[D];哈尔滨工业大学;2009年
李瑞文;[D];中国工程物理研究院;2009年
张晓晴;[D];太原理工大学;2003年
赵鹏铎;[D];国防科学技术大学;2011年
肖建清;[D];中南大学;2009年
陈德兴;[D];中国科学技术大学;2009年
王宝珍;[D];中国科学技术大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库
高科;[D];中南大学;2009年
何远明;[D];湖南大学;2011年
肖莉平;[D];湖南大学;2010年
卢静涵;[D];太原理工大学;2004年
肖建清;[D];中南大学;2005年
禹琦;[D];湖南大学;2011年
刘长海;[D];辽宁工程技术大学;2005年
荣健;[D];东华大学;2006年
吴青松;[D];哈尔滨工程大学;2005年
徐沛保;[D];合肥工业大学;2012年
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400-819-9993混凝土类材料的含损伤动静态力学行为和抗侵彻性能研究-共享资料网
混凝土类材料的含损伤动静态力学行为和抗侵彻性能研究
中国科学技术大学博士学位论 又混凝土类材料的含损伤动静态力学行为和抗侵彻性能研究作者姓名： 学科专业： 导师姓名： 完成时间： 黄瑞源工程力学李永池教授 二Ｏ一三年五月七日ｆ㈣剿Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓ ｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ＣｈｉｎａＡ ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｄｏｃｔｏｒ，Ｓ ｄｅｇｒｅｅＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＳｔａｔｉｃ／Ｄｙｎａｍｉｃ ＤａｍａｇｅＭｅｃｈａｎｉｃｓＢｅｈａｖｉｏｒ ａｎｄ Ａｎｔｉ－－ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇＰｅｒｆｏｒｍｆｆｃｅ ｏｆ ＣｏｎｃｒｅｔｅＭａｔｅｒｉａｌｓＡｕｔｈｏｒ’Ｓ Ｎａｍｅ＂ｓｐｅｃｉａｌｉｔｙ： Ｓｕ ｐｅｒｖｉｓｏｒ： Ｆｉｎｉｓｈｅｄ ｔｉｍｅ：Ｈｕａｎｇ Ｒｕｉ―ｙｕａｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ Ｐｒｏｆ．Ｌｉ Ｙｏｎｇｃｈｉ Ｍａｙ ７曲，２０１３中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成 果。除己特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均己在论文中作了明确的说明。作者签名：二眦签字日期：兰！！兰：！：三中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥 有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交 论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人 提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。口公开口保密（作者签名：昔磷２，易签字日期：新躲逸年）２０瞍ｆ．ｊ＿签字日期：栅ｌ哆．６．厂致谢致谢首先要感谢我的导师李永池教授，感谢李老师六年来在学业上的精心指导以 及生活上的细致关怀。李老师渊博的知识、严谨的治学态度、孜孜不倦的敬业精 神、高尚的学术风格给了我深深的教诲和启迪，他对本文提出的研究思路和宏细 观指导使本人深受启发，获益匪浅，在此特向他表示最崇高的敬意及深深的谢意。 其次感谢我家人的大力支持，正是有了他们的无私支持，才有了本论文的完成，尤其是我先父黄天耀在我学习上不遗余力的支持及思想上的鼓励是我能在学术这条路上一直走下去的动力，希望本文的完成能够告慰父亲的在天之灵。 在本文的撰写过程中，也得到了王肖钧教授、胡秀章副教授、郭扬副教授、 徐松林副教授和赵凯老师的帮助，同济大学王志亮教授在科大期间给予了本人细 心的指导，工程点点长文鹤鸣教授在学术上也给予了一定的点拨，在此一并感谢。 同时还要感谢同实验室的姚华彦、穆朝民、王志海、邓世春、蒋东、卞梁、 谷先广、余育苗、劳俊、吴立朋、苗丰、景峥、马海春、段士伟、李建阳、沈玲 燕、王林、庞有超、徐景茂、刘卫国、罗文超、黄焱龙、刘明涛、李平、刘文平、 王有凯、刘原栋、刘国军、张年松、杨自友、童立红等众位师兄弟姐妹在生活和 学习工作中的关心、帮助与支持，与他们的朝夕相处，彼此结下了深厚而真挚的 友谊。特别感谢章杰在力学理论基础及数值模拟方面的交流，感谢师兄高光发对 本文不足之处的指正，感谢师兄王光勇帮忙做了本文的错字校正，感谢师兄姚华 彦、师弟李煦阳及师妹李平在实验方面给予的大力帮助，最后，还要感谢陆军军 官学院姜锡权教授及师姐王宝珍在ＳＨＰＢ实验方面给予的指导和帮助。摘要摘要混凝土材料是一种典型的脆性材料，广泛应用于建筑、交通、水利、机场跑 道、市政等建设工程以及军工上诸如抗侵彻爆炸工事等。作为一种常用的材料， 其动静态力学性能一直是国内外学者们研究的热点。本文利用理论分析、实验研 究和数值仿真相结合的方法对混凝土材料的动静土力学性能、屈服准则、损伤演 化方程以及状态方程等进行了研究，主要研究内容包括了以下几个方面： １）对Ｃ４０混凝土进行了单轴和三轴条件下的动静态力学性能研究及数据可靠 性验证。利用材料试验机（ＭＴＳ８０９）和大尺寸分离式Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ压杆（矽７５ｍｍＳＨＰＢ）试验装置对混凝土材料在准静态和动态下的单轴压缩力学性能进行研究，利用 ＭＴＳ８１０装置进行直接拉伸和巴西圆盘劈裂试验对混凝土材料进行了拉伸力学性 能研究，通过ＭＴＳ８１５．０３装置对混凝土材料在三轴围压下的力学性能进行了研 究，并针对混凝土类脆性材料在ＭＴＳ和ＳＨＰＢ实验过程中不同的测试技术、实 验装置及数据处理等对获取准确实验数据的影响进行了探讨和研究。 ２）在ＳＨＰＢ实验研究结果的基础上，分析了混凝土材料屈服强度的应变率效 应，给出了相应的依赖函数关系及材料参数。以三轴围压实验结果为依据，建立 了混凝土材料压力相关的屈服准则，得到了若干种具有工程应用价值的屈服函数 形式。以三轴围压实验结果为依据，针对工程应用和科学研究的不同要求，提出 了三种不同形式的混凝土材料状态方程，给出了相应的材料参数。 ３）从热力学角度对Ｍｕｍａｇｈａｍ状态方程的物理含义进行了分析，并导出了 其一般的数学形式。然后，对纯力学情况下的Ｍｕｍａｇｈａｍ状态方程和冲击波测 量中的线性Ｄ～ｕ Ｈｕｇｏｎｉｏｔ曲线及弱激波近似之间的关联进行了探讨，得到由 Ｍｕｍａｇｈａｍ状态方程所表达的材料在弱激波近似之下其Ｄ～ｕ Ｈｕｇｏｎｉｏｔ关系必然 是线性的，并由此导出了Ｍｕｍａｇｈａｍ状态方程参数和线性Ｄ～ｕ Ｈｕｇｏｎｉｏｔ曲线 参数的转换公式，并以此为基础参考国内外的一些试验数据给出了多种材料的 Ｍｕｍａｇｈａｍ状态方程参数，为工程应用奠定了基础。 ４）通过引入“等效微孔洞体系＂的概念，把孔洞体积引入了损伤演化中，与“有 核长大模型＂的思想相结合，分别建立了拉伸型损伤演化方程和压剪耦合损伤演 化方程，并把该压剪耦合损伤演化方程应用于混凝土脆弹性损伤软化本构模型之 中，通过对混凝土一维应力条件下的实验应力应变曲线的优化数值模拟确定了损 伤演化方程中的材料参数。应用含损伤的本构关系和该压剪耦合损伤演化方程得 到损伤随时间变化的曲线，该曲线与采用ＣＴ技术观测的混凝土内部微孔洞扩展 图像和结果有较好的一致性，证明了我们所提压剪耦合损伤演化方程的合理性。摘要接着从能量守恒的思想出发，通过分析微裂纹扩展的物理过程，提出并建立了一 种微裂纹扩展型拉伸损伤演化方程并确定了其相应的材料参数。５）在半球型长钢弹侵彻混凝土靶的实验基础上，依据实验数据确定了所选 混凝土ＨＪＣ本构模型中的材料参数，并通过所选本构及确定的材料参数模拟不 同入射速度下半球型长钢弹侵彻混凝土靶的过程，通过数值模拟得到的剩余速度 与实验数据非常符合，证明了我们所选本构模型及依据实验数据得到的材料参数的科学性和合理性。 关键词：冲击动力学混凝土动静态力学性能状态方程损伤演化方程压剪耦 合屈服准则抗侵彻ＡｂｓｔｔａｃｔＡｂｓｔｒａｃｔＣｏｎｃｒｅｔｅ ｉＳ ｗａｔｅｒａｓａｂｒｉｔｔｌｅ ｍａｔｅｒｉａｌ．Ｉｔ ｉＳ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ， ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ，ａｉｒｐｏｒｔ ｒｕｎｗａｙ，ｍｕｎｉｃｉｐａｌｔｏｐｒｏｊｅｃｔｓａａｎｄ ｍｉｌｉｔａｒｙ ｓｕｃｈｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｏｆ ｆｏｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ．Ａｓｋｉｎｄ ｏｆ ｃｏｍｍｏｎｌｙａｕｓｅｄ ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｔｈｅ ｓｔａｔｉｃａｎｄ ｄｙｎａｍｉｃ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ ｉｔ ｉｓｈｏｔ ｔｏｐｉｃ ｆｏｒｓｃｈｏｌａｒｓ．Ｂａｓｅｄｔｈｅ ｔｈｅｓｉｓｏｎｔｈｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ，ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｓｔａｔｉｃａｎａｌｙｓｉｓ ｔｈｅａｎｄ ｄｙｎａｍｉｃ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄｙｉｅｌｄ ｃｒｉｔｅｒｉａ ａｎｄｄａｍａｇｅ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｅｑｕａｔｉｏｎａｒｅａｎｄｅｑｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃ４０ ｃｏｎｃｒｅｔｅ．Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｃｏｎｔｅｎｔｓａｓ ｆｏｌｌｏｗｓ：１）Ｔｈｅ ｔｈｅｓｉｓ ｓｔｕｄｉｅｄｏｎｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ Ｃ４０ ｃｏｎｃｒｅｔｅ．Ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆ ｔｈｅ ｄａｔａ ｉｓ ａｌｓｏ ｖｅｒｉｆｉｅｄ．Ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ｔｅｓｔｉｎｇ ｓｉｚｅ ｓｐｌｉｔｍａｃｈｉｎｅ（ＭＴＳ８０９）ａｎｄｌａｒｇｅＨｏｐｋｉｎｓｏｎｐｒｅｓｓｕｒｅｂａｒ（ＳＨＰＢ）ｔｅｓｔｄｅｖｉｃｅ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌｕｎｄｅｒ ｑｕａｓｉ．ｓｔａｔｉｃ ａｎｄ ｄｙｎａｍｉｃ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｕｎｄｅｒ ｕｎｉａｘｉａｌ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ．Ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ＭＴＳＳ １ ０ ｄｅｖｉｃｅ ｆｏｒ ｄｉｒｅｃｔ ｔｅｎｓｉｌｅ ａｎｄ Ｂｒａｚｉｌ ｄｉｓｋ ｓｐｌｉｔ ｔｅｓｔｓ ｏｆ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｔｏｃｏｎｃｒｅｔｅｓｔｕｄｉｅｄ ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｌｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌＭＴＳ８１５．０３ ｄｅｖｉｃｅ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄａｔａ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｈａｖｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｕｎｄｅｒｃｏｒｆｆ＇ｍｉｎｇｔｅｓｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ａｐｐａｒａｔｕｓ ａｎｄｏｎｏｂｔａｉｎｉｎｇ ａｃｃｕｒａｔｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄａｔａ．Ｔｈｅｔｈｅｓｉｓｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ａｎｄ ｓｔｕｄｉｅｓ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｈｏｓｅ．２）Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ＳＨＰＢ，ｔｈｅ ｓｔｒａｉｎ ｒａｔｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｙｉｅｌｄｆｕｎｃｔｉｏｎ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ，ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅａｎｄ ｍａｔｅｒｉａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓｗｅｒｅｇｉｖｅｎ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓｕｎｄｅｒｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｓｏｍｅ ｃｏｎｆｉｎｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓ ｒｅｌａｔｅｄ ｙｉｅｌｄ ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅｕｓｅｆｕｌ ｙｉｅｌｄ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｆｏｒｍｓ ｏｆ ｔｈｅＣａｎｂｅ ｇｏｔｔｅｎ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｄａｔａ，ｔｈｒｅｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｔａｔｅ ｅｑｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅｍａｔｅｒｉａｌ Ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｌｓｏ ｂｅ ｇｉｖｅｎ．３）Ｔｈｅｐｈｙｓｉｃａｌ ｍｅａｎｉｎｇ ｏｆＭｕｒｎａ幽ａｍｅｑｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔａｔｅ ｉｓａｎａｌｙｚｅｄｏｆｆｉｒｓｔ ｆｒｏｍｔｈｅ ｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｓ，ａｎｄ ｔｈｅ ｇｅｎｅｒａｌ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｆｏｒｍＭｕｍａｇｈａｍｅｑｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔａｔｅ ｉＳ ｄｅｒｉｖｅｄ ａｎｄ ｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｅｎ，ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｌｉｎｅａｒ Ｄ～ＵＨｕｇｏｎｉｏｔ ａｎｄｃｕｒｖｅｓｍｅａｓｕｒｅｄ ｉｎ ｓｈｏｃｋｓ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ，ｔｈｅ ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｗｅａｋｅｑｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔａｔｅ ｉｎ ｐｕｒｅ ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ｆｏｒ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ｂｙｃａｓｅｓｈｏｃｋｓＭｕｒｎａｇｈａｍｉｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｔｈａｔＭｕｍａｇｈａｍｅｑｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔａｔｅ，Ａｂｓｔｒａｃｔｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｗｅａｋ、ｓｈｏｃｋｓ ｔｌｌｅ Ｄ～ｕ Ｈｕｇｏｎｉｏｔ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｍｕｓｔ ｈａｖｅ ｔｈｅ ｌｉｎｅａｒ ｆｏｒｍ，ｆｒｏｍ ｗｈｉｃｈ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｉｎｇｆｏｒｍｕｌａｅｏｆ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｉｎＭｕｍａｇｈａｍｅｑｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔａｔｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｌｉｎｅａｒ Ｄ～ｕ Ｈｕｇｏｎｉｏｔ ｒｅｌａｔｉｏｎ ａｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｅ Ｍｕｒｎａｇｈａｍｓｏｍｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｔｅｓｔ ｄａｔａ ｅｑｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔａｔｅ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ ｍａｔｅｒｉａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｒｅ ｇｉｖｅｎ ｂｙ ｆａｔ ｈｏｍｅ ａｎｄ ａｂｒｏａｄ，ｈａｓ ｌａｉｄ ｔｈｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ｉｔ ｈａｓ ｌａｉｄ ｔｈｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．４）Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ”ｔｈｅｅｘｉｓｔｅｎｔ ｍａｔｅｒｉａｌｓｍｏｄｅｌ ｏｆ ｃｏｎｃｅｐｔ ｏｆ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｍｉｃｒｏ ｖｏｉｄｓ ｓｙｓｔｅｍ”ａｎｄ”ｔｈｅｇｒｏｗｉｎｇ ｕｐ”，ａ ｄａｍａｇｅ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｉｓｄａｍａｇｅ．ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎｕｎｄｅｒｔｈｅｅｑｕａｔｉｏｎｏｆ ｂｒｉｔｔｌｅ ｓｔｒｉｃｔｃｏｕｐｌｅｄｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ―ｓｈｅａｒｏｎａｃｔｉｏｎｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｂｙａｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｄｅｒｉｖａｔｉｏｎ ｂａｓｅｄｓｏｍｅ ｐａｙｓｉｃａｌ ｒｅｌａｔｉｏｎｓ．Ａｎｄｔｅｎｓｉｌｅ ｄａｍａｇｅｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｅｑｕａｔｉｏｎ ｉｓ ａｌｓｏ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ａｐｐｌｙｉｎｇ ｔｈｅ ｄａｍａｇｅ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｂｒｉｔｔｌｅ―ｅｌａｓｔｉｃ ｄａｍａｇｅｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｅｑｕａｔｉｏｎｏｎｔｏｔｈｅｍｏｄｅｌ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ａｎｄ ｂａｓｅｄｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｒｅｓｓ－ｓｔｒａｉｎ ｃｕｒｖｅ，ｔｈｅｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｎ ｔｈｅｄａｍａｇｅ ｄａｍａｇｅｅｑｕａｔｉｏｎａｒｅ ｇｏｔｔｅｎ．Ｆｒｏｍ ｔｈｅｄａｍａｇｅｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅ ｒｅｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅｅｑｕａｔｉｏｎ，ｔｈｅｄａｍａｇｅ―ｔｉｍｅｃｕｒｖｅ ｃａｎａｌｓｏ ｂｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ ＣＴｑｕｉｔｅ ｗｅｌｌ ｗｉｔｈｔｈｅ ｐｉｃｔｕｒｅｓ ｏｆ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｍｉｃｒｏ ｖｏｉｄｓ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｇｏｔｔｅｎ ｆｒｏｍｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｓｔａｒｔｉｎｇ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｉｄｅａ ｏｆｍｉｃｒｏ ｃｒａｃｋｓ ｉｓｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆａｎａｌｙｓｉｓ，ａｎｄａｍｉｃｒｏ ｃｒａｃｋ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｅｎｓｉｌｅｄａｍａｇｅｅｖｏｌｕｔｉｏｎｅｑｕａｔｉｏｎｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｉｔｓ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ ｓｔｅｅｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｒｅ ａｌｓｏ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ．ａｌｅ５）Ｈｅｍｉｓｐｈｅｒｉｃａｌｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ．Ｃｏｎｃｒｅｔｅｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅｂａｓｅｄｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｔａｒｇｅｔ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｏｎｔａｒｇｅｔＨＪＣｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｍｏｄｅｌ．Ｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｂｙ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｉｎｃｉｄｅｎｔ ｓｐｅｅｄ，ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｏｆ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｉｓ ｆｉｔｗｅｌｌｗｉｔｈｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｄａｔａ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅ ｔｈａｔ ｔｈｅａｎｔｈｏｌｏｇｙ ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｏｎｍａｔｅｒｉａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｄａｔａ ｍｏｄｅｌ ｂａｓｅｄｔｈｅｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃａｎｄｒｅａｓｏｎａｂｌｅ．ＫｅｙＷｏｒｄｓ：Ｉｍｐａｃｔｄｙｎａｍｉｃｓ；Ｃｏｎｃｒｅｔｅ；Ｓｔａｔｉｃ ａｎｄ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｙ；Ｅｑｕａｔｉｏｎｏｆ ｓｔａｔｅ；Ｄａｍａｇｅ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎｅｑｕａｔｉｏｎ；Ｃｏｕｐｌｅｄｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ－ｓｈｅａｒ；Ｙｉｅｌｄｃｒｉｔｅｒｉａ；Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅＶ目录目录第１章绪论…………………………………．１１．１引言………………………………………………ｌ １．２混凝土发展简史………………………………………１１．３混凝土动静态力学性能研究进展…………………………．２１．４动态本构模型的发展…………………………………．．５ １．５混凝土类材料的抗侵彻性能研究…………………………．７１．５．１经验公式………………………………………………８１．５．２工程分析方法…………………………………………．．８１．５．３数值模拟………………………………………………９１．６本文的主要工作……………………………………．．１０第２章混凝土动静态力学性能实验研究……………．１３２．１引言………………………………………………．１３ ２．２混凝土材料和试件的制备………………………………１３ ２．３立方体抗压强度实验…………………………………．．１４２．３．１抗压试件及实验设备……………………………………．１４ ２．３．２实验方法及数据分析……………………………………．１４２．４ＭＴＳ实验………一…………………………………．１５２．４．１测试技术探讨…………………………………………．１５２．４．２ＭＴＳ单轴压缩实验………………………………………．１７ ＭＴＳ单轴直接拉伸实验和巴西圆盘实验………………………．２０ ＭＴＳ常规三轴围压实验……………………………………２４ ＳＨＰＢ的两个基本假定……………………………………．２７ ＳＨＰＢ测试的基本原理……………………………………．２９ ＳＨＰＢ实验过程…………………………………………．３２２．４．３ ２．４．３ ２．５ＳＨＰＢ实验…………………………………………．．２６２．５．１ ２．５．２ ２．５．３２．６本章小结…………………………………………．．３４第３章高压状态方程探讨及混凝土动态本构关系的研究…３５３．１引言………………………………………………３５ ３．２关于Ｍｕｒｎａｇｈａｍ状态方程和弱激波近似的研究………………．３５３．２．１Ｍｕｒｎａｇｈａｍ状态方程的热力学含义…………………………．．３６目录３．２．２Ｍｕｒｎａｇｈａｍ状态方程和材料Ｈｕｇｏｎｉｏｔ数据的联系………………．３８３．２．３弱激波近似的适用范围…………………………………．．４ｌ ３．２．４某些常用工程材料的Ｍｕｒｎａｇｈａｍ方程参数……………………．４２３．３Ｃ４０混凝土材料的基本动静态力学参数的确定…………………………．４４ ３．３．１混凝土材料屈服强度的应变率效应…………………………．４４ ３．３．２混凝土材料压力相关的屈服准则……………………………４７ ３．３．３混凝土材料的状态方程…………………………………．．５ｌ ３．４本章小结………………………………………………．５６第４章脆性材料的损伤演化方程…………………．５９４．１引言…………………………………………………………………………５９４．２基于连续介质力学理论的宏观损伤模型………………．：■……………５９４．２．１冲量准则形式的损伤模型…………………………………．６０ ４．２．２塑性应变累积准则形式的损伤模型…………………………．６１ ４．２．３能量准则形式的损伤模型…………………………………．６２ ４．３基于细观力学理论的微裂纹型损伤模型…………………………………６３ ４．４微孔洞有核长大的损伤演化模型…………………………………………６５ ４．４．１拉伸损伤演化方程………………………………………．６６ ４．４．２压剪耦合损伤演化方程……………………………………６７ ４．４．３压剪耦合损伤演化方程在混凝土本构模型中的应用………………６９ ４．５微裂纹扩展型拉伸损伤演化模型…………………………………………７３４．６本章小结……………………………………………………………………７６第５章数值模拟过程及材料非线性问题探讨…………７７５．１引言…………………………………………………………………………７７ ５．２有限元法的基本思想………………………………………………………７７ ５．３有限元建模…………………………………………………………………７９ ５．３．１几何模型的建立…………………………………………７９ ５．３．２单元的选取……………………………………………．７９ ５．３．３网格划分………………………………………………７９ ５．４材料非线性问题的有限元法………………………………………………８４ ５．４．１非线性方程组的数值解法…………………………………．８４ ５．４．２材料的屈服准则…………………………………………８５５．５本章小结……………………………………………………………………８７第６章混凝土靶板抗侵彻的数值模拟………………８９目录６．１引言………………………………………………………………………………………８９ ６．２混凝土靶板抗侵彻实验……………………………………………………８９ ６．３混凝土靶板抗侵彻的数值模拟……………………………………………９１ ６．３．１弹丸材料的本构及其参数选择……………………………．．９１ ６．３．２混凝土材料的模型及其参数选择……………………………９３６．４本章小结……………………………………………………………………１０３第７章全文总结与展望……．．…………………１０５７．１全文总结…………………………………………………………………．１ ０５ ７．２今后展望…………………………………………………………………．１ ０６参考文献……………………………………１０９ 附录：攻读博士学位期间发表的论文………．．．……１１９第１章绪论第１章绪论１．１引言现在的局部战争，如两次海湾战争以及美国对阿富汗和伊拉克的战争、欧盟 对南联盟的局部战争，都表明现在的武器正朝着高精度、高强度、大规模及智能 化的方向发展，其精确制导武器的使用比例已经从第一次海湾战争中的８％Ｎ ２００３年伊拉克战争中６８％，这说明，现代空袭已不再仅仅是战争的序幕，而是 战争的主体，也不再是局限于战争的某一阶段，而是贯穿于战争全过程的主要作 战模式。高精度制导武器的广泛使用使得打击目标的精度不断提高，其对防护工 程及军事民用设施的威胁也越来越大，这就对防护工程的要求越来越高，而混凝 土及混凝土类复合材料作为一种常规的军事防护材料，其抗侵彻性能一直是国防 军事研究中的热门课题，而要研究混凝土材料的抗侵彻性能，建立合理的混凝土 类材料本构模型就成为了研究的重点，所以，对混凝土材料的动静态力学性能及 其抗侵彻机理的研究在军事上有着很重要的价值。 此外，混凝土类材料也广泛应用于工业和民用建筑以及交通、水利、市政、 能源、海洋等建设工程中，目前全球的水泥年产量已经有接近２２亿吨，而中国 的水泥和混凝土产量约占全球的４０％。由此可见，混凝土的使用量比金属类材料 还要大得多，混凝土已经成为了现代社会的基础，人们在日常生活中的很多方面 都要直接或间接地涉及到混凝土，甚至有人戏称现代社会就是钢筋混凝土的世 界，所以对混凝土材料的动静态力学性能的研究也具有很强的工程意义和实用价值。１．２混凝土发展简史１８２４年，英国的施工人员Ｊｏｓｅｐｈ．Ａｓｐｄｉｎ提出了“波特兰＂水泥（硅酸盐水泥１ 的专利，由此揭开了现代混凝土技术的篇章。到了１８８７年，英国Ｍ．Ｋｏｅｎｅｎ发 表了钢筋混凝土结构技术方法，标志着钢筋混凝土时代的开始，我国也于１８８９ 年开始创建水泥工业，从此揭开了混凝土在我国工业建筑上运用的序幕。１９１８ 年，美国Ｄ．Ａ．Ａｂｒａｍｓ建立了水灰比强度公式，推导出当混凝土充分密实时，其 强度与水灰比成反比，奠定了混凝土理论分析的基础，１９３０年，瑞士的Ｂｅｌｏｍｅｙ 根据大量试验数据提出了混凝土的强度与水泥强度及水灰比之间的关系，从而开 始了混凝土材料设计的新时代，随后Ｔ．Ｃ．Ｐｏｗｅｒｓ又确立了混凝土强度增长与胶第ｉ章绪论空比的关系，１９３７年，美国Ｅ．Ｗ斯克里彻采用亚硫酸盐纸浆废液改善混凝土的 和易性，从而揭开外加剂在混凝土中的应用。我国从２０世纪５０年代开始大量生产使用外加剂，到１９９９年全国拥有外加剂骨干企业４８２家，总产量达到１２３．５万吨。１．３混凝土动静态力学性能研究进展 混凝土类材料是由水泥、水、粗骨料、细骨料、外加剂等成分按一定的配合比混合而成的一种多相复合材料，由于其内部各组成成分的物理和力学性能之间 有着显著的差异，所以混凝土类材料比金属类材料具有更复杂的力学特性。由于 其复杂的力学特性，为了揭示混凝土的材料性能，国内外众多学者一直致力于其 动静态力学性能方面的研究。 早期，对混凝土材料的研究主要集中在其准静态下的力学性能研究，迄今为 止，对于混凝土力学性能的研究已经开展了有一个多世纪，随着实验技术的提高 和实验设备的革新，目前人们已经可以完成单轴压缩、重复加载、拉伸、多轴围 压、抗弯、抗剪等各种准静态低压下的力学性能实验。国内外不少学者ｐ－ｓ］对混 凝土在准静态下的力学性能进行了研究。但是，随着实验技术的发展及动态实验 数据的丰富，越来越多的研究表明混凝土类材料是应变率敏感材料，所以混凝土 材料其在实际受力破坏的情况往往不是单纯的准静态下破坏的，比如混凝土在抗 侵彻、高速撞击、碰撞、爆破等动态及高压下的破坏，在这些情况下的破坏属于 动态破坏，如果采用准静态下的力学性能来研究就会出现较大的偏差，这就促使 国内外专家学者们把研究的重点逐渐从研究混凝土的准静态低围压力学性能转 移到研究混凝土在动态高压下的力学性能。 对于混凝土动态力学性能的研究，最早是从Ｄ．Ａ．Ａｂｒａｍｓ【１１（１９１７年）研究混 凝土抗压强度随应变率变化规律开始的，该文对混凝土材料进行了应变率为 营：２ｘ１０。／ｓ和叠＝８ｘ１０．６／ｓ下的压缩实验，发现混凝土材料抗压强度存在应变 率敏感性，混凝土材料的应变率效应此后受到广泛关注。在早期，对于动态载荷 的衡量标准各不相同，如欧洲采用应力率标准，而美国则采用应变率标准，目前 国际上统一采用等应变率加载来反应混凝土材料的动态力学行为。 随着实验技术的发展及研究的进步一深入，目前材料动静态力学性能实验的 常用测试仪器主要有以下几种：一般采用液压伺服机或ＭＴＳ试验机研究材料在 准静态下的力学性能，而对于材料在动态下力学性能的研究，早期的装置一般采 用落锤与凸轮塑性计，目前较普遍采用的则是霍普金森杆（ＳＨＰＢ）装置，而对于 材料在高压高速下的力学性能研究，一般选用轻气炮或Ｔａｙｌｏｒ撞击杆装置。第１章绪论对于应变率效应，研究的最多的是应变率对抗压强度（峰值应力）的影响。在 早期的研究中，混凝土的动态实验应变率较低，采用的是落锤法进行研究，如 Ｄ．Ｗａｔｓｔｅｉｔ（１ ９５３）１９］采用落锤法对尺寸为矽７６ｘ１ ５２ １１１１１１、名义强度分别为１７．４ＭＰａ和４５．１ＭＰａ的混凝土试件进行了应变率为１０６／ｓ．１０／ｓ下的单轴压缩实验，实验结果表明两种混凝土的抗压强度都随着应变率的增加而增加，Ｂ．Ｌ．Ａｔｃｈｌｅｙ和 Ｈ．Ｌ．Ｆｕｒｒ［Ⅷ（１９６７）通过对３种不同强度混凝土在不同应力率的研究得到在不同冲 击载荷作用下混凝土的特性并没有明显的不同，并由此为依据提出了两个不依赖 于混凝土强度的预测混凝土动态强度的经验表达式，Ｂ．Ｐ．Ｈｕｇｈｅｓ和Ｒ．Ｇｒｅｇｏｒｙ［１ｌ】 （１９７２）采用落锤法对棱柱形试件进行了实验，也得到了混凝土的抗压强度随着 应变率的增加而增加的结论，Ｄ．Ｍｃｈｅｎｒｙ和Ｊ．Ｊ．Ｓｈｉｄｅｌｅｒ【１２１（１９５６）年提出混凝土强度与加载速度成对数关系，１９８０年Ｈ．Ｍｉｈａｓｈｉ和Ｆ．Ｈ．Ｗｔ缸ｎａｎｎ【１３】以及Ｍ．Ｗａｋａｂａｖｓｈｉ［１４ｊ等得出了混凝土的抗压强度与应变率的对数呈线性关系。在 早期的研究中也有学者得出了混凝土的强度跟应变率无关或近似无关的结论 ［１５，１６】，目前的观点一般认为混凝土的强度随着应变率的提高而增加， 近三十多年来，随着大尺寸ＳＨＰＢ装置应用于混凝土的动态力学性能实验， 获得了混凝土在较高应变率下的力学性能。Ｊ．Ｂｈａｒｇａｖａ和Ａ．Ｒｈｅｎｓｔｒｏｍ［１８］（１９９７） 利用竖立式ＳＨＰＢ装置得到混凝土在应变率３０／ｓ时的抗压强度是准静态下的１．４５ 倍，Ｌ．Ｅ．Ｍａｌｖｅｒｎ［１９Ｊ等（１９８５）贝Ｕ得到了混凝土在应变率１１８／ｓ下的强度是准静态下 的２．２倍，在上世纪八九十年代，众多学者【２０‘２３】采用ＳＨＰＢ装置得到了混凝土的 应变率效应，Ｂｉｓｃｈｏｆｆ和Ｐｅｒｒｙ【２４】于１９９１年系统地综述了混凝土采用液压试验机、 落锤、ＳＨＰＢ等手段得到的动静态力学性能实验的结果，给出了图１．１所示的混 凝土抗压强度增强因素与应变率的关系。第１章绪论伪 ∞ ∞Ｌ ＿＿▲Ａｂｒｏｍ ｆ１９１７） ●Ｊｏｎ鸺矗黜ｈ叭ｆ１９∞）母Ｅｖａｎｏ（１口４２）ｘ‘Ｉ帅ｈｉｎ皇Ｂｏ『ｔｅｒ口ｆ１ ９ ７２】≯ｗｅｓｅｈｅ＆Ｋｒｅｕｓｅ ｎ，Ｓｐ口＾，＆ｕｅ腿ｉｅ３９７２） ｆ１９７３｝ ● ｌ ●∽Ｘ ＴｈｏｕＩｏ¨ｆ，§５３】 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一［）ｉｌｇａｒ曩斗＇袋Ｍ●赫罩ｔｖ耳１１破瑚一９８５▲３ｕ交涵８ｈ幽－１嘶●西铀?＇９８５。他园６●嗣噼８砜■－１嘲 ●Ｒｏｓ暑矗ａ｜－１螂●ｆ砸鹎靠嗣－＇疆玲ｏＢｌａＯ‘Ｋｙｆｆｉ；Ｐｅｎ－ｄ－１马９５ｓｔｒａｌｎｍｉｔｅ｛＇，ｓ∞）口ＧＩ幅ａ目Ｉ卜饲０８图１．２应变率效应的实验数据工程上把材料的动态强度与静态强度之间的比值称为动态增强因子（ＤＩＦ）， 目前，大多数的研究都认为Ｄ１Ｆ与应变率的对数或指数之间存在函数关系，如ＣＥＢ［２４］、Ｌ．Ｊ．Ｍａｌｖａｌ．［３５］、Ｄ．Ｊ．Ｇｒｏｔｅ【３ ６１、Ｔ．Ｓ．Ｌｏｋ［３７１、董毓利汹３等都提出了类似的关系式。 关于混凝土强度随应变率增加而增加的结论目前已经得到了业界的广泛认可，但对于混凝土的压强随应变率增强的机理还存在比较大的争议，目前主要有 以下几种解释：１．材料损伤演化的惯性效应∞州¨；２．自由水的Ｓｔｅｎｆａｎ效应Ｈ２叫３； ３．材料损伤演化的惯性效应与自由水的Ｓｔｅｎｆａｎ效应共同作用的结果Ｈ５’删；４．摩擦效应和惯性效应引起的横向约束Ｈ７，４８Ｉ。１．４动态本构模型的发展在经典塑性理论的基础上众多学者们提出了关于混凝土的多种率无关型本 构模型，并将之成功应用于实际中解决某些工程问题，但随着动态试验设备及实验技术的发展，人们对于混凝土的力学性能的研究逐渐深入，一系列的实验数据 及研究成果表明在动载荷情况下材料的应力、应变是有应变率效应的。基础实验数据的基础上，国内外相关研究领域的学者们运用唯象理论方法、宏细观相结合 等方法，提出了各种不同的率相关本构模型。 最早提出应变率相关的本构方程的是ＬＬｉｄｗｉｃｋ（１９０９），他所提的经验型本构第１章绪论方程如式：喁珊㈡其中群为参考应变率，仃，，为参考应变率下的屈服应力。∥为材料参数。（１．１）同类型的纯经验型本构方程还有Ｂｉｎｇｈａｍ【４９１（１９２２）提出的刚性／粘塑性模型， ＣＯＫＯ，１０ＢＣＫＨＨ［５叫（１９４８）、Ｍａｌｖｅｒｎ［５１１（１９５１）和范良藻（１９６４）［５２１等人提出了弹性／ 粘塑性模型，Ｐｅｒｚｙｎａ［５３１（１９６３）提出的超应力模型，Ｃｒｉｓｔｅｓｃｕ和Ｓｕｌｉｃｉｕ酬（１９８２）提出的拟线性模型，Ｊｏｈｎｓｏｎ和ｃｏｏｐ５５１（１９８３）提出的著名的Ｊｏｈｎｓｏｎ．Ｃｏｏｋ本构模 型，Ｔ．Ｊ．Ｈｏｌｍｑｕｉｓｔ ｔ蚓等（１９９３）提出的混凝土率型本构模型ＨＪＣ模型，陈大年 等陆７’聃１（２０００，２００１）汞Ｊ用连续损伤理论，提出了混凝土的一种经验型率相关盖帽本 构模型，Ｙ．Ｌｕ【５９】等（２００４）提出了一种混凝土超高应变率下的动态本构。 这些经验型本构方程由于形式直观简单、待定参数少、拟合参数容易，并且 在实验条件范围内基本反映材料的动态特性，因而在实际应用中经常被使用。但 该类本构方程也有很大的缺点，由于其实依据实验数据拟合得到的，所以它们的 函数形式比较随机，为了描述更多的物理现象，就需要通过对各种材料常数进行 应变率依赖等假设使其称为材料函数进而提出更多的待定常数来完成，不仅无规 律可言，也无法对材料的变形规律作统一描述，所以在工程中这些理论的应用存 在极大的不便，理论上也难以找到正确的发展方向。 在经验型本构模型及宏观连续理论发展的同时，不少学者在细观力学的基础 上从微孔洞扩展方面提出了混凝土的动态本构模型。Ｔａｙｌｏｒ［６０］（１９３４）和 Ｏｒｏｗｏｎ［６１，６２］（１９３４，１９４０）等学者引入了位错的概念。位错是晶体内部微观结构的线 缺陷，晶体的位错运动产生塑性变形，从而从微观的角度可以建立动力学的本构 关系如下式：≯＝５》回（１．２）其中痧为位向因数，Ｐ为可动位错密度，矿为平均位错速度。 Ｓ．ＮｅｍａｔｏＮａｓｓｅｒ和Ｈ．Ｄｅｎｇ［６３，“］（１９９２，１９９４）依据材料的动态断裂韧度具有应变 率效应提出了一种混凝土的应变率本构模型，Ｄ．Ｃｈａｎｄｒａ‘６５１（１９９５）和郑旦‘６ｑ（２００４） 等也做了类似的工作。 李永池（２００２）提出了一种含损伤的混凝土流体弹塑性本构模型，其应力表达式为：６第１章绪论盯：ｃｒ０（１＋船）（１＋∥１ｎ；）（１一Ｄ）￡ｓ（１．３）式中吼为参考应变率下的初始流动应力，良为参考应变率，Ｄ为损伤因子，口、 ∥为材料参数，其微裂纹型损伤演化方程如下Ｄ＝（１－Ｄ２）万（盯２一ｃｒ０２）ＣＲＤ／２，，ＩＥ（１．４）式中Ｄ、五分别是泊松比和单位表面能；Ｅ是杨氏模量；Ｃ。为表面波速。 也有学者采用粘弹性本构来描述脆性材料的本构关系，比较经典的如下：在 研究高聚物的非线性粘弹性理论的时候，唐志平【鹋】等采用非线性弹簧与若干线性 Ｍａｘｗｅｌｌ体的并联模型，提出了朱一王一唐模型，并得到了比较理想的结果。王道 荣口副、姜锡权阳９１等采用ＺＷＴ本构对混凝土类材料的应力应变曲线进行拟合，均取 得了不错的结果。 工程中普遍采用的Ｐｅｒｚｙｎａ粘塑性模型口叫，其表达式如下：南＝去南＋半吒”＜叩）＞嚣＜由（Ｆ）＞。１①（，）ｆ０ Ｆ≤０∽ｓ，Ｆ三。其中Ｅ、Ｇ、Ｄ分别为弹性模量、剪切模量和泊松比，邑为应力偏量，厂为流动参数，Ｆ为静态屈服函数，Ｏ（Ｆ）为动态实验得到的非线性函数。随后，Ｆ．ＧａｔｕｉｎｇｔＧ．．Ｐｉｊａｕｄｉｅｒ．Ｃａｂｏｔ（２００２）［７１，７２］、Ｌ．Ｔａｓｈｍａｎ［７３１（２００５）等众多学者都在Ｐｅｒｚｙｎａ粘塑性本构的基础上进行了深入的研究，并取得了一定的研 究成果。１．５混凝土类材料的抗侵彻性能研究混凝土作为军事上最常见的防护材料，其抗侵彻性能的研究一直是国防军事 上的热门课题，随着常规武器及精确制导武器的高速发展，混凝土类材料的抗侵第１章绪论彻性能研究日益受到重视，目前主要从试验、理论分析和数值模拟三方面对其进行研究。１．５．１经验公式进行混凝土靶的抗侵彻试验是研究侵彻现象最客观、最直接的一种手段，并且它也为理论分析和数值模拟提供了第一手资料。关于混凝土抗侵彻试验，最早是美国桑地亚国家实验室（１９６０年）进行的土壤动力学研究计划，通过３０００多次 侵彻试验，建立了ＳＮＬ经验公式‘７４１如下：日＝１．１４１０‘６ＳＮ－筹（Ｖｏ一１００）体重量，么为弹体横截面积，圪为弹体的初速度。（１．６）式中日为侵彻深度，Ｓ为靶板抗侵彻的阻力系数，Ⅳ为弹头形状系数，形为弹经过大量的实验验证表明ＳＮＬ经验公式更适用于岩土类材料的抗侵彻，而对 于混凝土的抗侵彻并不大适用，针对该不足，美国陆军工程兵水道试验站提出了 适用于混凝土类材料侵彻的ＷＥＳ经验公式。此后，国内外众多研究机构及众学 者们对混凝土抗侵彻进行了实验研究并对实验数据进行整理得到不同的经验公 式，如总参工程兵科研三所采用加农炮和平衡炮做了大量实验，并得到了相应的 经验公式。目前最常用的经验公式有Ｐｅｔｒｙ、ＡＣＥ／ＵＫＡＥＡ、Ｂａｒｒ及ＮＤＲＣ等公式。 Ｌ．和Ｃｈｅｎ［７６］等（２００２年）对各种经验公式进行了较详细的讨论。 各种经验公式为混凝土的防护设计提供了直接的参考，但是，各种经验公式 都有一定的实验范围和一定的局限性，并且由于很多经验公式不是非无量纲的， 这些不足都限制了它的应用。 １．５．２工程分析方法早是由Ｂｉｓｈｏｐ［７７１（１９４５）猢：究锥形冲头压入金属材料的时候建立了空腔膨胀公式，Ｈｉｌｌ（１ ９５０）［７８】在此基础上发展了动态膨胀理论，后来该理论被引入用来研究目前对于混凝土抗侵彻的工程分析方法最常用的是空腔膨胀理论。该理论最岩土类材料的抗侵彻问题，如尹放林（１９９７年）ｒ７９】、王延斌瞄Ｕｊ等。空腔膨胀理论 其原理是把弹体侵彻混凝土靶板的问题转化为弹、靶的一维问题，再根据空腔膨 胀过程中应力波的传播和介质压缩的解析结果，获得空腔膨胀速度跟侵彻阻力之 间的关系从而求解出侵彻结果，其模型如图所示，求解步骤如下。第１章绪论图１．３弹头外形及受力图根据空腔膨胀理论，空腔膨胀速度圪和表面法向应力吒的关系如下％ＩＫ＝彳＋Ｂ（Ｋ／ｑ）２（１．７）其中Ａ、Ｂ为靶板材料常数，Ｋ为靶体材料的体积模量，Ｃｐ为靶体介质的塑性波速。 再根据力学知识，可得弹头表面切向摩擦应力为Ｇｔ。弛≯。（１．８）其中以为弹体侵彻过程中的阻力系数，圪为弹体的侵彻速度。 空腔膨胀理论虽然能较有效求解侵彻问题，但由于假定了弹体为刚体，并 且不考虑弹靶间摩擦等，其适用范围有限，对弹体低速小变形侵彻的情况所算结 果还较合理，而对于弹头高速且大变形的侵彻则完全不适用。１．５．３数值模拟随着有限元法的提出、各种大型通过有限元软件的出现，使得利用计算机模 拟并求解实际工程及研究中所遇到的各种复杂问题得以实现，由于数值模拟比解 析解对控制方程的限制要宽得多，更容易得到近似解，目前数值模拟已经越来越 受到重视，成为了现代工程学形成和发展的重要推动力之一。从上世纪七八十年 代开始，国外的众多实验室就对爆炸冲击数值模拟进行了大量的研究，并编制了 一大批有影响力的程序，比如ＣＴＨ和刖ＬＬ等，从离散方法上有限差分法、有限 元法、有限体积法三种类型，从网格上又分为有网格法与无网格法，其中有网格 法又细分为拉格朗日法与欧拉法，无网格法也称为光滑粒子法。 由于实验耗费成本昂贵且具有危险性，并且很多实验的过程的数据很难得到 且难以实施，而采用数值模拟则不但可以得到不易测得的数据，且能为试验方案第１章绪论的科学制定提供理论指导，目前，国内外众多学者踊６―１’８５１对混凝土靶板抗侵彻的数值模拟做了大量的工作，这里就不一一叙述。１．６本文的主要工作１．对Ｃ４０混凝土开展了动静态力学性能实验。以液压式压力实验机为 手段，获得立方体块混凝土试件的抗压强度；以ＭＴＳ２５０ＫＮ材料实验机为手段， 完成了三个准静态应变率下材料单轴压缩性能的实验研究，由此得到材料的 单轴抗压强度、泊松比、杨氏模量、相应的应力应变曲线；以ＭＴＳ８１０实验机 为手段，对混凝土试件做直接拉伸及巴西圆盘实验，获得混凝土的静态拉伸 强度；以ＭＩＳ８１５．０３三轴围压材料实验机为手段，完成了材料的常规三轴压 缩实验，得到了材料在三轴压缩条件下屈服时的Ｍｉｓｅｓ等效应力和静水压力 关系的数据、应力应变曲线；以直径７５ｍｍ的大尺寸ＳＨＰＢ装置为手段，完成 了材料在高应变率下的单轴动态压缩性能实验，由此得到了材料的单轴抗压 强度与应变率关系的数据。２．由于混凝土材料是一种典型的脆性材料，如何获得其精确的实验数据一直是国内外学者们研究的热点，本文通过对比国内外学者对ＭＴＳ及ＳＨＰＢ 实验的研究及自己在实验过程中所遇到的问题，对常规材料性能实验ＭＴＳ和 ＳＨＰＢ进行了一定的研究和探讨，分析了不同测试技术、实验装置的及数据处 理等方法对获取精确实验数据的影响。 ３．对材料在高压下的状态方程进行了探讨。从热力学角度和等熵体积 压缩模量的定义出发，严格分析了Ｍｕｒｎａｇｈａｍ状态方程的含义，并导出了其 最一般的数学形式和其它两种相关形式的等熵型状态方程，对纯力学情况下 的Ｍｕｒｎａｇｈａｍ状态方程和冲击波测量中的线性Ｄ～ｕ曲线、弱激波的平均声学 近似之间的关系进行了讨论，并给出了Ｍｕｒｎａｇｈａｍ参数和激波实验测量的Ｄ～ｕＨｕｇｏｎｉｏｔ关系参数间的转换关系，以弱激波的平均声学近似为基础，提出了一个判别弱激波近似适用范围的方法，并以此为基础对各类不同形式状态 方程所表达的材料判别其适用性的压力范围，并参考国内外的一些试验数据给出了多种材料的Ｍｕｍａｇ岫状态方程参数，为工程应用奠定了基础。４．用Ｃ４０混凝土材料低应变率ＭＴＳ拉压实验和高应变率ＳＢＰＢ动态压缩 实验所得的数据，得到了混凝土在简单应力状态下应变率相关的应力应变曲 线；采用混凝土材料三轴围压实验的数据，得到混凝土材料强度的压力相关 特性和Ｐ－Ｖ关系曲线；并在此基础上建立了混凝土材料的动态本构关系和高压状态方程。５．通过引入“等效微孔洞体系＂的概念，把孔洞体积引入了损伤演化第１章绪论中，与“有核长大模型”的思想相结合，分别建立了拉伸型损伤演化方程和压剪耦合损伤演化方程。把该演化方程应用于混凝土脆弹性损伤软化本构模型之中，通过对混凝土一维应力条件下的实验应力应变曲线的优化数值模拟确定了损伤演化方程中的材料参数。应用含损伤的本构关系和压剪耦合损伤 演化方程得到损伤随时问变化的曲线，该曲线与采用ｃＴ技术观测的混凝土内 部微孔洞扩展图像和结果有较好的一致性，证明了所提压剪损伤演化方程的 合理性。并且，从能量守恒的思想出发，通过分析微裂纹扩展的物理过程， 提出并建立了一种微裂纹扩展型拉伸损伤演化方程并确定了其相应的材料参 数。 ６．简单介绍了有限元软件的基本原理及求解过程，并根据拉伸平板的 数值模拟算例，对单元的选取、网格的划分对模拟结果的影响进行了探讨， 分析结果表明，为了得到合理的结果，在选取网格单元时，应尽量选取四边 形网格和六面体网格，划分的单元网格尽量靠近理想单元网格，在应力集中 区域应该细化网格。随后，对于材料的非线性问题的求解过程进行了描述， 并介绍了几种常用的屈服准则。 ７．在半球型长钢弹侵彻混凝土靶的实验基础上，。依据实验数据确定了 所选混凝土ＨＪＣ本构模型中的材料参数，并通过所选本构及材料参数模拟不 同入射速度下半球型长钢弹侵彻混凝土靶的过程，通过模拟结果与所做的实 验数据进行对比可看出，数值模拟得到的剩余速度与实验数据非常符合，证 明了我们所选本构模型及依据实验数据得到的材料参数的科学性和合理性。第１章绪论第２章混凝土动静态力学性能实验研究第２章混凝土动静态力学性能实验研究 ２．１引言混凝土材料广泛应用于房屋、交通、水利、机场跑道、市政等建设工程以及 军工上诸如抗侵彻爆炸等，作为一种工程和军事上常用的材料，它的力学性能一 直受到国内外各学者及工程界人员的重视，自从Ａｂｒａｍｓ汹１于１９１７年对混凝土材 料进行压缩实验开始，关于它的动静态力学性能研究已经开展了一个多世纪了。 目前常用的测试仪器有材料实验机、特殊的液压伺服机、凸轮塑性计、落锤、分 离式霍普金森压杆、Ｔａｙｌｏｒ撞击试验以及轻气炮等。 本章中，完成了Ｃ４０混凝土一系列的动静态力学性能实验。以液压式压力试 验机为手段，获得立方体块混凝土试件的抗压强度；以ＭＴＳ２５０ＫＮ材料实验机为 手段，完成了三个准静态应变率下材料单轴压缩性能的实验研究，由此得到材料 的单轴抗压强度、泊松比、杨氏模量、相应的应力应变曲线；以ＭＴＳ８１０实验机 为手段，对混凝土试件做直接拉伸及巴西圆盘实验，获得混凝土的静态拉伸强度； 以ＭＴＳ８１５．０３三轴围压材料实验机为手段，完成了材料的常规三轴压缩实验，得 到了材料在三轴压缩条件下屈服时的Ｍｉｓｅｓ等效应力和静水压力关系的数据、在 三轴压缩条件下的应力应变曲线；以直径７５啦的大尺寸ＳＨＰＢ装置为手段，完成 了材料在高应变率下的单轴动态压缩性能实验，由此得到了材料的单轴抗压强度 与应变率关系的数据。２．２混凝土材料和试件的制备混凝土试件的设计强度为Ｃ４０，试件由西伟德宝业快可美建筑材料（合肥）有 限公司加工制作，配方见表１，表中：水泥为巢湖牌５２５＃矿渣水泥，标准砂，碎 石料为连续粒级５－１０ｍｍ的碎石。表２．Ｉ混凝土的的组分 水 水灰比 （ｋｇ／ｍ３）Ｏ．５１ １８５水泥 （ｋｇ／ｍ３）３６３标准砂 （ｋｇ／ｍ３）６４８碎石料 （ｋｇ／ｍ３）１２０４试件的成型养护主要设备包括：ＮＪＨ．１９５Ｘ型水泥胶砂搅拌机，Ｇｚ．８５型水泥胶砂振动台，浇注模具和下料漏斗。成型过程按ＧＢｌ７５．８５规范进行，在２４＋３小时后脱模，试件脱模后即放入２００Ｃ的水槽中养护２８天。试件的切割、磨制在 中科院武汉岩土力学研究所完成。机磨后的样品，经水砂纸手工研磨，试件端面第２章混凝土动静态力学性能实验研究的不平行度可控制在ｏ．０５ｍｍ以内。 浇注模具的尺寸为１５０ｍｍ×１５０ｍｍＸ１５０ｍｍ，这是工程检测中试块的标准尺寸。在ＭＴＳ实验、三轴围压实验和ＳＨＰＢ动态实验中所用到的试件都是在加工 好的标准混凝土试块按照实验所需尺寸进行套钻取芯，再行切割、打磨而成。这 样可以保证试件的质量，以消除混凝土材料在加工过程中不均匀性的影响。２．３立方体抗压强度实验２．３．１抗压试件及实验设备混凝土的试件尺寸为１５０ｍｍ１５０ｍｍＸＸ１５０ｍｍ，实验在合肥工业大学建筑材料实验室型号为ＹＥ、最大载荷２０００ＫＮ、长春试验机厂制造的液压式压力试验 机上进行，如图２．１所示。图２．１液压式试验机２．３．２实验方法及数据分析将立方体抗压试件放置于上下加载面之间，持续加载直至试件破坏。设名舣１４第２章混凝土动静态力学性能实验研究为加载峰值，则试件抗压强度为Ｅ＝专１旦，其中，６是立方体边长。实验共进行Ｔ－－组，数据见表２．２，图２．２为试件破坏前与破坏后的对比照片，从图中可看出，混凝土压坏后，其试件主体存在一锥形面，呈现出典型的混凝土受压破坏特征。表２．２立方体块混凝土试件的抗压强度试件标号１ ２抗压强度／船ａ４１．３平均值／ＭＰａ４１．５４０．３ ４２．９３图２．２破坏前试件与破坏后试件的对比２．４ＭＴＳ实验２．４．１测试技术探讨在准静态压缩实验中，由于试验机并不是完全刚性的，在加载过程中，随着 压力的增加，在试验机的压头处形成弹性凹坑，对测得的试件的应力．应变曲线产生一定的影响，当试件的抗压强度比较小的时候，即材料为软材料，可采用文 献【８酬中的方法：用实验所得到的载荷．位移曲线减去空压下试验机的载荷．位移曲线，采用该数据处理方式所得到的的实验数据能满足所需的精度。但如果试件的 抗压强度比较大的时候，由于试验机变形较大，用这种修正的方法得到的数据就 有较大的偏差，不能准确描述试件实际的应力．应变曲线。 因为本文采用的混凝土强度为４０ＭＰａ非软材料，为了获得其准确的应力一应第２章混凝土动静态力学性能实验研究变曲线，目前有以下几种方法对混凝土的实验数据进行修正：１）在试件上贴两个相隔１８０。的轴向应变片测量混凝土试件某处表面的轴向变形；２）采用位移引伸计测量测量混凝土试件局部的轴向变形；３）采用位移传感器（ＬＶＤＴ）测量 混凝土试件局部或整体的轴向变形。其中，在采用应变片法测量时的最大问题是， 随着载荷的增加，当混凝土试件在贴应变片处出现裂纹开裂时，应变片会与混凝 土试件表面脱离，此后所测数据就失真了；而采用位移引伸计进行测量刀口间的 位移时，要求上下刀口要对齐，如果上下刀口有微小的错位就会带来较大的测量 误差ｂｏｊ，所以采用该方法要得到精确的实验数据，对于实验员在实验前刀口的对 齐操作要求较高；而采用ＬＶＤＴ进行测量的时候，当试件在加载条件下产生大裂 纹的时候，ＭＴ￥试验机会有很短时间内产生一个较大的位移，很容易引起ＬＶＤＴ 的旋转，导致与试件不平行㈣，从而使得后面所测的数据失效。 在混凝土准静态测试方法方面，巫绪涛ｂ∞采用应变片和位移引伸计得到的结 果与试验机上得到的曲线进行对比并对实验数据进行修正，从而得到混凝土的实 际应力一应变曲线，如下图所示，实验结果表明：对于混凝土试件，采用应变片 和位移引伸计所测得的曲线较接近，试验机上测得的数据与应变片和位移引伸计 所测得的应力一应变曲线相差还是比较大的，故对于试验机直接得到的混凝土材 料在准静态下的应力一应变曲线，其数据需要进行一定的修正。叠蒌ｂ图２．３不同测试方法所得到的的应力－应变曲线对比Ａ．Ｍ．Ｔ．Ｈａｓｓａｎ阻７３分析对比了采用ＡＳＴＭ标准在试件上加圆环固定，通过ＬＶＤＴ 测试件中间部分应变、通过改进ＡＳＴＭ标准即采用ＬＶＤＴ测高强度混凝土试件整体 应变以及贴应变片法三种方法的优劣，如图２．４所示。从图中可看出，采用ＬＶＤＴ 测试件中间部分应变时，由于在加载过程中，随着载荷的增加，混凝土内部裂纹第２章混凝土动静态力学性能实验研究扩展并产生开裂，在裂纹开裂过程中很容易会引起ＬＶＤＴ的旋转，从而使得斥所测得的混凝土应力一应变曲线数据失真，所以他提出了可采用ＡＳＴＭ标准和己的ＡＳＴＭ标准两种方法相结合从而得到高强度混凝土的实际应力一应变曲线。图２．４采用ＬＶＤＴ法的混凝土试件前后对比图２．４．２ＭＴＳ单轴压缩实验ＭＴＳ单轴压缩实验在中国科学技术大学工程科学学院材料实验中一Ｉ ＭＴＳ２５０ＫＮ材料实验机上完成，单轴压缩实验原理如图２．５所示，采用伺服ｊ系统，通过轴向位移控制加载速率，轴向位移由图中所示位移传感器（ＬＶＤＴＩ定。试件中部对称部位黏贴两条正交应变片，同时测量加载过程中的轴向应！ 横向应变，不过该信号不进入ＭＴＳ伺服控制系统，只是用来测量材料的泊松 并对位移传感器的测试数据进行校正。第２章混凝土动静态力学性能实验研究Ｏ应 移传感器ＬＶＤＴ或应变硅）量轴向变形载图２．５单轴压缩实验示意图单轴压缩实验的试样尺寸为（Ｉ）５０ｘ １００ｒａｍ。加载过程用位移控制，一般情况下 夹头移动速度为０．０４ｍｍ／ｓ，相应的应变率大约在４×ｌＯ。４／ｓ左右。进行不同应变 率实验时，可根据实际需要，改变夹头移动速度，由ＭＴＳ伺服控制系统实现不同 应变率加载。本次实验共进行了１４块试件的测试，其中：应变率１０－５／ｓ，进行 了７块；应变率１０―４／ｓ，进行了５块；应变率１０－３／ｓ，进行了２块。由此得到 材料的单轴抗压强度、泊松比、杨氏模量以及相应的应力应变曲线，如表２．３ 所示。在实验过程中，虽然混凝土端面经过了打磨，但还是有一定的不平度，从 而容易造成混凝土试件的剪切破坏而使得所测的实验数据失真，为了消除这方面 的误差，我们在实验前，在混凝土上表面处涂上一薄层的凡士林。表２．３混凝土的材料参数 Ｐ（Ｋｇ／ｍ３）２３０６Ｅ（ＧＰａ）２９．３ｙｆｏ（ＭＰａ）４６．４Ｏ．２０为了数据处理方便起见，本文中所取的应力应变曲线均为工程应力一应变曲 线。众所周知，在数值模拟中的本构算法中，所提及的应力应变均为真应力和真 应变，但因为混凝土是脆性材料，其破坏应变只有千分之几，在如此低的破坏应 变之下，其工程应力应变和真应力应变的误差可忽略不计，所以可以用工程应力 一应变曲线来替代真实应力一应变曲线。第２章混凝土动静态力学性能实验研究△ ＝∞飞图２．６混凝土应变率为１０叫／ｓ下的应力一应变曲线图２．６为应变率１０№下～４个试件的应力一应变曲线（该应变率下总共做了５个试件，其中有个试件因为数据曲线偏离较大，这里剔除掉），从图中我们可 看出，在同一应变率下混凝土试件的应力一应变曲线重合度比较高的，离散性在 可接受范围内，故对实验曲线进行处理的时候可剔除掉偏差较大的数据，对其余 的实验数据和曲线取其平均值，即可得到三个应变率下的应力应变曲线，如图 ２．７所示。从图中可以看出，混凝土弹性模量的应变率效应很低，几乎可忽略不计。通过实验娄蝠还可看出，温凝土曲蜂值应力和峰值应变均随着应变率的增大而增加。图２．７等应变率下应力一应变的实验曲线第２章混凝土动静态力学性能实验研究２．４．３ＭＴＳ单轴直接拉伸实验和巴西圆盘实验混凝土的单轴直接拉伸实验是在中国科学技术大学工程科学学院材料实验中心的ＭＴＳ８１０材料实验机（图２．８）上完成，直接拉伸实验试件尺寸为０５０ｘ４０ｍｍ， 巴西圆盘劈裂实验的试件尺寸为（：Ｉ）７４ｘ３７ｍｍ。图２．８ ＭＴＳ８１０材料试验机由于拉伸实验需要额外添加拉伸装置，为了确保实验成功，采用了一种专用 钢制接头，如图２．９所示，接头由扁圆柱和接杆组成，接杆的一端直接被ＭＴＳ 加载夹头夹持，另一端则通过螺纹与扁圆柱体相连。扁圆柱体与试件间用环氧树 脂胶黏结，试件黏结要保证试件和接头间的同轴并适当加压，２４小时之后黏结 完好的试件才能进行拉伸实验，黏结后的试件与接头如图２．１０所示。实验中要 尽量避免加载时的载荷偏心，尽可能的减小其对实验结果的影响，将已与试件完 好粘结的试件安装在ＭＴＳ８１０实验机上后，调节试验机自动对中装置，保证实验 机加载线与试件轴线重合。为避免加载过程中胶体形变对试验结果的影响，将引 伸仪直接安装在试件对称两侧面，用于测量Ｃ４０混凝土在引伸仪固定标距间的拉 伸形变，直接拉伸实验过程如图２．１１所示。第２章混凝土动静态力学性能实验研究图２．９专用加载接头图２．１０黏结完好的试样图２．１１直接拉伸实验过程图巴西劈裂实验也是在ＭＴＳ８１０材料实验机（图２．８）上进行的。为了保证混凝 土试件从中心起裂，避免在劈裂实验过程中加载端的高度应力集中，采用了平台 巴西圆盘试件，在试件预计的破裂方向上垂直黏贴三组应变片，如图２．１２所示， 以准确监测破裂的发展，并记录了拉伸应力应变曲线。应变片上的信号通过静态 电阻应变仪进行测量记录。静态电阻应变仪为秦皇岛市信恒电子科技有限公司生 产的ＣＭ一１Ｊ一１０型数字静态应变仪。巴西劈裂实验前，实验过程，实验后的试件状态分别如图２．１２（ａ），２．１２（ｂ），２．１２（Ｃ）所示。图２．１２（ａ）Ｅ西劈裂实验前图２．１２（ｂ）巴西劈裂实验过程图２．１２（ｃ）巴西劈裂实验后第２章混凝土动静态力学性能实验研究直接拉伸实验共进行了６块试件的有效测试，实验测得的拉伸强度及弹性模量见表２．４。巴西圆盘劈裂实验共进行了７块试件的有效测试，实验测得的拉伸强度 数据见表２．５，其中５－１：５表示应变率为１０一／ｓ，１表示试件编号。表２．４试件直接拉伸强度及弹性模量 试件 编号５一ｌ ５―２ ４－１直接拉伸峰值应力 （衄ａ）３．２２ ３．９ ３．０４弹性模量（ＧＰａ）２４．６７ ３０．１９３１．３５ ２７．８６ ３７．５４ ３２．４０４－２ ４－３３―１４．５７ ３．６６３．４４表２．５试件劈裂拉伸强度数据试件编号５―１ ５－２ ５－３ ５－４ ４－１ ４―１巴西劈裂峰值应力（ＭＰａ）６．１９４．１９ ４．１１ ５．９３ ６．０２６．３２５．３２４－３由表２．４和表２．５的实验数据，可得到直接拉伸实验平均拉伸强度为 ３．６４ＭＰａ，标准差为０．５０ＭＰａ；巴西劈裂实验平均拉伸强度为５．４４ＭＰａ，标准差为 ０．８７ＭＰａ。巴西劈裂实验平均拉伸强度比直接拉伸实验平均拉伸强度大１．８０ＭＰａ， 并且通过数据对比可发现直接拉伸实验结果相对劈裂实验结果离散性较小。 直接拉伸实验所测得的试件拉伸应力应变曲线表现为典型的脆性材料拉伸 断裂曲线特点，在线弹性上升段，应力和应变按比例增加。达到弹性极限后，混 凝土开始出现少量不可逆的塑性变形，曲线呈现递减硬化材料特征。达到试件拉 伸峰值后，试件会发生突然性的脆裂破坏，试件平均拉伸弹性模量为３０．６７ＧＰａ， 试件典型直接拉伸应力应变曲线如图２．１３。所示。第２章混凝土动静态力学性能实验研究略２蹇ｂ０．０（）００００．００００４￡０．００００８０．０００１２图２．１３Ｃ４０混凝土直接拉伸试验应力应变曲线通过实验数据与《混凝土结构设计规范》中关于Ｃ４０混凝土要求进行对比， 可看出实验测得的拉伸强度、弹性模量均符合；同时拉伸应力应变曲线以及混凝土破坏形式（见图２．１２）反映了试件受力分布简单、均匀，基本上是典型的纯 拉伸破坏，证明了本文进行的直接拉伸实验是有效的。直接拉伸试验混凝土断裂形貌如图２．１４所示，试件破坏过程中只观察到一 条明显主裂纹，该裂纹基本与加载方向垂直、沿粗细骨料结合面、穿过少量水泥 砂浆、最后贯通整个试件，引起混凝土块断裂，试件断口轮廓清楚，断裂面较光 滑平整，除贯通裂纹外混凝土块其他部位及破坏面上均没有明显可见的裂纹，拉断后的混凝土块断裂面附近仍然是硬实的。由于混凝土试件在制备成型养护过程中材料内部会出现一些微裂纹，这些原始微裂纹在材料中的随机分布，决定了试 件在拉伸载荷作用下，断裂面位置沿垂直于轴线方向随机分布。图２．１４直接拉伸试验断裂破坏后的混凝土试件第２章混凝土动静态力学性能实验研究在巴西圆盘劈裂实验中，混凝土试件在载荷作用下，由中心部位首先起裂，并沿加载直径向试件两端延伸，如图２．１５所示。随后在加载端应力集中部位（多 出现在平台面与圆弧面相交处）可能会出现次生裂纹，最终试件因中心主裂纹的 延伸发展、贯穿导致试件分裂破坏，如图２．１６（ａ）所示。试件主要分裂为两大半， 但是由于次生裂纹的存在以及混凝土材料非均质性，所以试件破坏时断口并不平 整，分裂时往往存在较小混凝土块的脱落，如图２．１６（ｂ）所示。图２．１５试件中心起裂图２．１６（ａ）劈裂实验中典型的破坏形式２．１６（ｂ）劈裂实验中试件的典型断裂２．４．３ＭＴＳ常规三轴围压实验常规三轴围压实验是在山东科技大学ＭＴＳ８１５．０３实验系统上进行的，实验原理如图２．１７所示。三轴加载系统的围压由三轴室中的油压提供。一开始首先向 三轴室注油，通过气压系统控制油压（即围压）。在加油压的同时，通过实验机 系统同步施加轴向压力，使试件处于静水压力状态，当围压达到预定值后，稳定２４第２章混凝土动静态力学性能实验研究围压，再进行轴向加载，直至试件破坏。在加载过程中，轴向位移的速率是通过伺服控制系统控制的，轴向位移的则Ｅｈ－－轴室内的位移传感器（ＬＶＤＴ）测定。 载荷一 ｎ上｜ｌ压 Ｖ头一三轴氢≮蛳／ ’。、臻：搿：：：：：搿 甜。‘。。。獬。．。。１，『｜Ｉ０斤羿＿ｆ．ｊ…ｌ ｌｌｌⅢｌｌ Ｉ Ｉ ＩＩ。ｌ‘ｌ。 Ｉ Ｉ Ｉ ＩＩＩ载荷一图２．１７常规三轴压缩实验示意图试样尺寸为①５０ＸｌＯＯｍｍ。加载速度为０．０３ｍｍ／ｓ，相应的应变率大约在３×１０叫／ｓ左右。围压实验共分五组，围压分别为：１０ ＭＰａ、２０ＭＰａ、３０ＭＰａ和４０ＭＰａ。 每一围压做３次实验，同时记录轴向应力一应变曲线和环向应变。典型围压实验 试样如图２．１８所示，得到的混凝土围压实验数据如表２．６所示。图２．１８围压实验试样第２章混凝土动静态力学性能实验研究表２．６混凝土试件的单轴和常规三轴实验强度编号围压 峰值ｏ－Ｉ／ＭＰａ ｏ－３／ＭＰａ峰值对应的体 积应变１ｉ０７７．９９０．００２６８２１０９７．０６０。００５５４３１０８１．２９０．０００９３８４２０１３６．０６０．００６５０Ｓ２０１２１．３００．００４３０６２０１３０．９２０．００４４４７３０１６０．９５芍：００７２００．００８７８８３０１５１．１２９４０１８２．６７０．０１２１ｉ０４０１５８．６７０．０１０８从表２．６中的实验数据可以得到，对于同一围压下的峰值应力应变，峰值应 变离散性较大，而峰值应力的重合度较高，因为本文做围压的主要目的是要得到 混凝土试件的抗压强度与围压之间的关系，对于应变与围压之间的关系并不是很 关心，所以所得的实验数据还是在可接受范围之内。并且从表中可看出，随着围 压的增大，其抗压强度也随之增大，这与预期要得到的结果是一致的。２．５ＳＩ－ＩＰＢ实验ＳＨＰＢ装置的原型是由霍普金森（Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ）（１９１４年）提出的，当时仅可以用来测量冲击载荷的脉冲波形，克劳斯盖（Ｋｏｌｓｋｙ）（１９４８年）在Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ的基础 上对这一方法提出了改进，故霍普金森杆有时也称为克劳斯盖杆。常规的分离式 Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ压杆（ＳＨＰＢ）装置如图２．１９所示，该Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ杆由一个气枪、圆筒、 撞击杆、入射杆、透射杆和吸收杆组成，试件被夹在入射杆和透射杆之间，在入 射杆和透射杆上距离杆端部一定距离上分别贴有两个相隔１８０。的轴向应变片记 录波形以得到入射杆和透射杆的轴向变形。为了测得实验信号，该装置还必须配 备测速装置、超动态应变仪以及多通道波形存储器等测量设备。第２章混凝土动静态力学性能实验研究￡ｊ， ）ｈｏｔｏ／Ａｊ １Ａｍｐ｜ＩＴＩ Ｉ圜 一￡曩曩；ｉ；！；ｉＤｉｇｉｔａＩ ＯｓｃｉｌｌＯｓｃ。Ｄｅ ｃ。ｍｐ图２．１９大口径分离式Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ压栎示意图自从ＳＨＰＢ实验装置问世６０多个年头来，现如今它已经作为一种研究材料动 态力学性能方面的最基本实验手段之一，并得到了广泛的应用，在早期ＳＨＰＢ装 置主要用在金属、高聚物等变形较大的塑性材料上，随着新型材料的不断涌现， ＳＨＰＢ研究的对象也随之扩大，现在诸如陶瓷、玻璃纤维复合材料、泡沫陶瓷、 岩土、混凝土等破坏应变很小、均匀性较差的脆性材料也广泛采用ＳＨＰＢ装置来研究其材料的动态力学性能。２．５．１ＳＨＰＢ的两个基本假定众所周知，ＳＨＰＢ实验技术的核心是基于两个基本假定：一维假定和均匀性 假定。只有在满足这两个基本假定的情况下，所测得的实验数据才是可信的。一维假定的具体定义即在撞击的过程中，波在传播过程中是不弥散的理想一维应力波，只有在满足该一维应力波假设的前提下，入射杆、透射杆和试件的变形才能近似为一维应变状态下的变形，由杆上所测得应变才能代表入射杆和透射杆的轴向应变；均匀性假定即试件在冲击过程中受力及变形是均匀的，即试件的应力应 变在冲击过程中处于均匀状态，只有在满足该均匀性假定的前提下，由试件两个 端面的位移推导出的均匀应变才可以代表材料的真实应变。早期，ＳＨＰＢ技术主要用于研究金属类塑性材料的动态力学性能上面，由于 金属类材料大多属于均匀性材料，可以把试件尺寸做小，同时霍普金森杆也可用小尺寸霍普金森杆，这样很容易满足一维假定，并且由于金属类材料的波速Ｃ 也普遍较高，波在小试件中来回传播达到应力均匀的时间较短，所以很容易满足 均匀性假定。综上所述，采用ＳＨＰＢ技术研究金属类这种均匀性好而应变较大的材料很容易满意ＳＨＰＢ的两个基本假定，故其测得的金属类材料的动态力学性能第２章混凝土动静态力学性能实验研究是可信的。而对于岩石、混凝土等均匀性很差变形又很小的脆性类材料，采用常 规ＳＨＰＢ技术测试其动态力学性能，两个基本假定是否满足受到了一定的挑战，人们对于采用ＳＨＰＢ技术测得的混凝土类材料的动态力学性能的数据是否能真实表达材料的实际力学性能抱有怀疑态度。 关于混凝土类脆性材料的动态力学性能研究，如果采用小尺寸ＳＨＰＢ装置， 那么混凝土试件的尺寸就得设计的较小，而混凝土材料内部各成分的尺寸及力学 性能有量级的差异，其试件如果过小的话就无法满足混凝土类材料其本身的均匀 性要求，那所得的数据就毫无意义，所以，对于混凝土类材料来说，其试件不能 制作太小，所以在常规ＳＨＰＢ装置的基础上，人们对其进行了一定的改进，采用 大口径ＳＨＰＢ装置对其进行动态力学性能研究。这里同样存在一个误区，即认为 ＳＨＰＢ装置的直径越大越好，这种观点是不对的，因为随着直径的增加。对于脆 性类试件来说其材料本身的均匀性确实是得到了更好的满足，但是随之而来的， 则是随着直径的增大其波形会出现严重的弥散，从而导致一维假定条件无法满 足，所以，对脆性材料的ＳＨＰＢ实验装置，其改进的ＳＨＰＢ装置直径要大，但也不 是越大越好。如果考虑到均匀性假定，试件做的越薄越好，这样波就能在试件中 快速的来回传播，从而使得在较短时间内在试件内部应力达到均匀，但由于材料 本身的均匀性问题，混凝土试件无法做的过小，对混凝土而言，要满足其材料本 身的均匀性假定，那么试件尺寸起码应大于粗骨料最大尺寸的４倍以上［８９１，考虑 到本文中所用粗骨料最大尺寸为８ｍｍ，所以试件尺寸应为３２ｍｍ以上，根据Ｄａｖｉｓ 和Ｈｕｎｔｅｒ瞪∞试件惯性效应修正公式，试件最佳长径比为：Ｚ／ｄ＝√３／２，但考虑 均匀性假定，混凝土试件做的越薄越好，故在本文中，取，／ｄ＝Ｉ／２，因为所用 大口径ＳＨＰＢ的直径为７５ｍｍ，，所以混凝土试件的实际尺寸取为：ｄ＝７４ｍｍ，ｌ＝３７ｍｍ。 Ｒａｖｉｃｈａｎｄｒａｎ和Ｓｕｂｈａｓｈ阳妇认为当波在试件中传播四个来回后，试件中的 应力应变达到均匀状态。一般情况下，认为对于混凝土类的材料，当在加载脉冲 的上升沿时间内，其波在试件中传播三个来回，认为此时试件处于均匀应力应变陌状态，就可认为所得数据是有效的。关于波在材料中的传播速度，可采用ｃ＝．／兰＼『ｐ来估算，波在钢中的传播速度大概在５５００ｍ／ｓ附近，而波在混凝土中的传播速度 只有２５００ｍ／ｓ左右，由于所做混凝土试件比金属试件大，所以金属试件的尺寸可 以做的较小以满足均匀性假定，但如果采用常规的ＳＨＰＢ方法来测试混凝土试件 的动态力学性能，混凝土的小破坏应变大尺寸将导致的结果是由于作用时间短， 当波还在试件中传播其试件的应力应变还未达到均匀性假定时，试件局部已经破 坏了，其均匀性假定无法满足，采用ＳＨＰＢ方法得到混凝土类材料的动态力学性 能的可靠性及有效性受到了挑战。笫２章混凝土动静态力学性能实验研究为了解决这个问题，目前主要采取以下方法：１．因为从理论上来说，脉冲长度等于子弹的长度的两倍，所以增加子弹的长度可以增加加载脉冲宽度，从而增加加载脉冲上升沿时间；２．在入射杆的打击端面贴波形整形器（一般采用紫铜片或橡胶片等）。经过对比可发现，采用波形整形器之后，入射波的波形得到极大 改变，上升沿的时间变得较长，并且，波形整形器也能起到滤波作用，从而减少二维效应引起的波形弥散。由于调整波形整形器的尺寸比调整子弹的尺寸要容易 的多，所以在实际实验中一般采用调整波形整形器的尺寸进行试打从而获得合适 的波形整形器，对于低应变率的情形，一般采用厚度大直径小的紫铜片，对于高 应变率的情形，可采用厚度薄直径大的紫铜片。此外，直锥变截面ＳＨＰＢ（如图２．２０ 所示）也被设计用以针对混凝土材料的动态性能研究，并取得了一定的成果。■■＿ Ｉ ＩＵＩＵｌ掘ｌｌ ｂ曾＾廿ｂＩ测遁电蹯ｌＫ５４超动态应变仪数据 处理Ｉｌｌ ）五ＧＢ智能测量分析仪ｌ系统图２．２０直锥变截面ＳＨＰＢ装置２．５．２ＳＨＰＢ测试的基本原理用高压气体驱动子弹以一定的速度撞击输入杆，在输入杆内产生一个应力 波，波沿着杆传播，ＳＨＰＢ装置利用贴在入射杆上的应变片Ｇａｇｅ Ｉ测得入射波ｑ（ｆ） 和反射波ｑＯ），利用贴在透射杆上的应变片Ｇａｇｅ ＩＩ测得透射波ｑ（ｆ），典型的 脉冲信号如图２．２１所示。第２章混凝土动静态力学性能实验研究０ ４Ｏ ３０ ２０ １＞Ｅ、：０ ０Ｏ １Ｏ ２．０．０００５０．０００００ ０００５０ ００１００．００１５０ ００２０ｔ，ｕｓ图２．２１ＳＨＰＢ装置的典型波形试件两个端面的位移“，和“：分别表示为：驴』ｃ。ｑ衍，驴』舻：ｄｔ０ ０（２．１）根据应力波的理论，入射杆与试件接触面的应变ｑ包括了入射应变脉冲}