冲击载荷下玄武岩纤维增强混凝土的动态本构关

维增强混凝土进行冲击压缩试验,得到了动态应力-应变曲线,对试验数据进行了分析,根据试验结果,通过叠加应变率强化效应和损伤软化效应,对混凝土静态Ottosen非线性弹性本构模型进行修正,建立了玄武岩纤维增强混凝土损伤型的动态本构模型,确定参数并将理论模型计算结果与试验结果进行了对比。研究表明,玄武岩纤维增强混凝土的动态性能存在明显的应变率强化效应,动态强度增长因子和峰值应变与应变率对数之间存在近似函数关系;建立模型的方法可行,理论模型计算结果与试验结果吻合较好,建立的本构模型可用来描述玄武岩纤维混凝土的动态力学行为,并能为玄武岩纤维增强混凝土的进一步研究和工程应用提供参考依据。

关键词:玄武岩纤维增强混凝土;分离式霍普金森压杆装置;动态本构模型中图分类号:O347;TU528.572 文献标识码:A

混凝土是一种应用广泛的传统工程材料,近年来,国防和重要基础设施的建设需要,大大推动了混凝土

材料动态力学性能的研究。玄武岩纤维混凝土(BasaltFiberReinforcedconcrete,简称BFRC)是以玄武岩纤维为增强材料,以混凝土为基体制备的一种混凝土类复合材料,是21世纪极具发展前景的纤维增强复合材料

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之一。Dias等研究了玄武岩纤维掺量对玄武岩纤维增强无机聚合物水泥混凝土断裂韧度的影响,并将其与玄武岩纤维增强硅酸盐水泥混凝土的试验结果进行了对比;李为民、沈刘军等研究了玄武岩纤维

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混凝土的动态力学性能;廉杰等进行了短切玄武岩纤维增强混凝土力学性能的试验研究;吴刚等对玄武岩纤维及其增强混凝土的力学性能、应用进行了研究;林智荣等进行了玄武岩连续纤维混凝土动态性能的试验研究。但目前对玄武岩纤维混凝土在冲击载荷下本构关系的研究较少,本文利用空军工程大学防护工程试验室的 100mm分离式霍普金森压杆(SplitHopkinsonPres sureBar,简称SHPB)装置对玄武岩纤维混凝土进行冲击压缩试验,根据得到的试验结果,考虑应变率强化效应和损伤软化效应,在混凝土静态本构模型 Ottoen非线弹性模型的基础上构建出基于损伤的玄武岩纤维混凝土率型本构模型,并通过试验结果进行验证。

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测设备三大部分。图1为试验所用装置。

图1 100mmSHPB设备Fig.1The菌 100mmSHPBapparatus

SHPB实验的基本原理是细长杆中弹性应力波传

播理论,它建立在两个基本假定的基础上,即一维假定(又称平面假定)和应力均匀假定。一维假定就是认为应力波在细长杆中传播时,弹性杆中的每个横截面始终保持平面状态;应力均匀假定认为应力波在试件中反复2~3个来回,试件中的应力处处相等。通过对压杆上入射、反射和透射应变脉冲和 i、r、t的测试,用一维应力波理论分析和计算。

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根据均匀假定( i+ ,由r= t),采用三波法和平均应变和平均应i、r、t求得试件中的平均应力、变率分别为:

!s(t)=

1 试验研究

1 1 试验设备和试验原理

100mmSHPB装置主要包括主体设备、气源和量

基金项目:空军工程大学工程学院优秀博士学位论文创新基金(BC07002)收稿日期:

2009-07-07 修改稿收到日期:2009-10-10

[ i(t)+ r(t)+ t(t)]2As

[ i(t)- r(t)- t(t)]ls

s(t)= s(t)=

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