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文檔簡介
1、活性粉末混凝土(Reactive Powder Concretes,簡稱RPCs)是新一代超高強(qiáng)度、高韌性、高耐久性且經(jīng)濟(jì)環(huán)保的復(fù)合材料,在土木工程的各個領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。RPC材料應(yīng)用于建筑工程中,除承受準(zhǔn)靜態(tài)載荷作用外,往往還要承受沖擊、爆炸等動載荷的作用,因此了解其動態(tài)力學(xué)性能是工程應(yīng)用的基礎(chǔ)。 目前關(guān)于混凝土類材料的沖擊實(shí)驗和理論研究已有大量報道,結(jié)果顯示應(yīng)變率敏感效應(yīng)是引起其動態(tài)破壞強(qiáng)度提高的主要影響原因。同時,
2、混凝土具有很強(qiáng)的靜水壓力相關(guān)性,沖擊載荷作用下其破壞強(qiáng)度的提高實(shí)際上不僅僅是應(yīng)變率效應(yīng)引起的,由于慣性效應(yīng)造成靜水壓力的改變也會影響其動態(tài)力學(xué)性能。而以往報道中往往將這二者籠統(tǒng)理解為應(yīng)變率效應(yīng),結(jié)果高估了材料的應(yīng)變率效應(yīng),由此建立的動態(tài)本構(gòu)模型自然也不能有效反映材料的真實(shí)動態(tài)力學(xué)特性。 本文以實(shí)驗研究為主,運(yùn)用分離式霍普金森壓桿(SHPB)技術(shù),對鋼纖維體積含量分別為0%、1.5%和2.0%的三種RPC材料進(jìn)行了不同應(yīng)變率下的沖
3、擊壓縮實(shí)驗。為了保證動態(tài)沖擊實(shí)驗結(jié)果的準(zhǔn)確可靠性,本文在實(shí)驗技術(shù)方面進(jìn)行了大量的前期準(zhǔn)備工作。首先,為了實(shí)現(xiàn)RPC沖擊加載過程中滿足近似恒應(yīng)變率和降低高頻振蕩對實(shí)驗結(jié)果的影響,本文嘗試了不同整形材料,最后確定了本文實(shí)驗所采用的最佳整形器材料及其尺寸;其次,為了消除加載桿與試件非平面接觸造成的實(shí)驗誤差,本文實(shí)驗采用了萬向頭技術(shù),利用萬向頭的球面微調(diào)功能保證加載過程中的理想平面接觸。在此基礎(chǔ)上,實(shí)驗得到了不同應(yīng)變率下三種RPC材料的破壞形態(tài)
4、、應(yīng)力~應(yīng)變關(guān)系、動態(tài)增長因子以及鋼纖維含量對RPC材料力學(xué)性能的影響。 為了確定RPC材料動態(tài)沖擊加載下壓縮強(qiáng)度提高的應(yīng)變率效應(yīng)和靜水壓力效應(yīng)各自的貢獻(xiàn),本文首先通過準(zhǔn)靜態(tài)圍壓實(shí)驗得到該類材料靜水壓力和抗壓強(qiáng)度的關(guān)系。實(shí)驗結(jié)果發(fā)現(xiàn),該類材料的抗壓強(qiáng)度與圍壓值基本呈線性關(guān)系,因此,利用線性Drucker-Prager模型有限元數(shù)值模擬SHPB沖擊壓縮實(shí)驗,得到不同應(yīng)變率下由于橫向慣性效應(yīng)導(dǎo)致靜水壓力提高造成的RPC材料破壞強(qiáng)度的
5、提高值。再利用動態(tài)沖擊實(shí)驗結(jié)果減去該靜水壓力效應(yīng)影響項,從而最終得到這類材料的真實(shí)應(yīng)變率效應(yīng)。 在上述實(shí)驗工作的基礎(chǔ)上,本文以H-J-C模型為基礎(chǔ),對三種RPC材料的動態(tài)本構(gòu)關(guān)系進(jìn)行了理論分析。首先,本文假設(shè)所研究RPC材料應(yīng)變率效應(yīng)和靜水壓力效應(yīng)具有相互獨(dú)立性,忽略了H-J-C模型中的應(yīng)變率和靜水壓力間的耦合作用;其次,依據(jù)準(zhǔn)靜態(tài)圍壓實(shí)驗結(jié)果發(fā)現(xiàn),靜水壓力對該類材料壓縮破壞強(qiáng)度的影響基本呈線性關(guān)系,因此可以將H-J-C模型中靜
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