混凝土類材料沖擊本構特性的SHPB技術及Lagrange反解法的研究.pdf

1、本文針對利用大直徑Hopkinson壓桿來獲取混凝土本構關系時碰到的一系列問題，如橫向慣性效應的修正和如何滿足應力均勻性假定等，進行了系統(tǒng)的分析和闡述。在發(fā)現(xiàn)采用傳統(tǒng)的SHPB技術難以對混凝土獲得可靠的動態(tài)本構關系之后，發(fā)展了Hopkinson桿技術與改進的基于路徑線法的Lagrange分析相結合的新方法來反解試樣的本構關系，成功地獲得了C30混凝土試樣的在高應變率下的動態(tài)應力-應變關系，獲得了令人滿意的結果。 本文第二章對SH

2、PB試驗中應力波傳播的由于橫向慣性引起的幾何彌散效應進行了分析，并結合ANSYS數(shù)值計算對其準確性進行了驗證，發(fā)現(xiàn)利用Fourier分析方法對Φ37mm桿中的脈沖波形進行諧波的頻譜分析對于大直徑桿中的彌散效應修正是行之有效的。同時還探討了用BP神經(jīng)網(wǎng)絡方法來解決波的橫向慣性效應修正的問題，發(fā)現(xiàn)通過ANSYS數(shù)值仿真技術與BP神經(jīng)網(wǎng)絡相結合，可以快速有效地同時解正問題和反問題。 本文的第三章對SHPB試驗中粘彈性材料的應力均勻性問

3、題進行分析。發(fā)現(xiàn)與彈性試樣的應力均勻性分析不同，粘彈性試樣的應力均勻性過程既依賴于入射波的升時τs/tL和波阻抗比Ri，也依賴于材料的松弛時間θ2。進一步又對混凝土類材料作為脆性材料的脆性斷裂前的應力均勻性問題進行了分析，發(fā)現(xiàn)以斷裂應變εf=5‰為代表的脆性材料，非均勻階段的應變可高達2.0～2.5‰，故傳統(tǒng)的三波和兩波法均難以獲得可靠的應力-應變曲線。但應力均勻化后測得的動態(tài)斷裂應力值是可靠的。 鑒于傳統(tǒng)的SHPB技術難以獲得

4、混凝土類脆性粘彈性材料可靠的動態(tài)應力-應變關系，我們另辟新徑，在本文第四章發(fā)展了基于路徑線的Lagrange反分析方法與Hopkinson桿技術結合的新方法。一方面通過Hopkinson桿實測試樣邊界處的應力和質點速度(相當于組合計)，另一方面，在試樣上不同拉氏位置處實測質點速度或應變波形，然后進行拉氏分析，分別稱為“1sV+nv”法和“1sV+ne'法。數(shù)值試驗表明可滿意地得到各拉氏位置的應力-應變關系。本文還建立了拉氏分析結果與ZW

5、T率型本構模型之間的定量關系。數(shù)值模擬結果表明，特別是對于ZWT線性粘彈性材料，由上述方法確定的本構參數(shù)相當理想。這為一大類遵循ZWT模型的率型材料(高聚物和混凝土類材料等)建立了一個由Hopkinson桿與拉氏分析相結合的方法來直接確定材料動態(tài)本構參數(shù)的新途徑。最后，本文還用實驗驗證了這一新方法的可行性。試驗中采用“1sV+nV”法，得到了C30混凝土試樣各拉氏位置處的動態(tài)應力-應變關系，并最終求出了C30混凝土ZWT方程的各參數(shù)；也