混凝土动态压缩性能试验研究
钢纤维活性粉末混凝土的动态力学性能
７ ６ｍｍ、 『０ ｊ １ ０ｍｍ 和 ２ ０ ０ ２ ０ ×２ ０束 型等 ｓ Ｂ装 置 。Ｊ ｗ ． ｅ ｅｃ ＨＰ ． Ｔ ｄ ｓｏ等 利 用 ５ １ｍｍ ＨＰ Ｓ Ｂ装 置 对 混 凝 土进 行动 态实 验 ， 为混 凝 土是应 变 率敏感 材料 ， 认 而且 应 变 率 有 临界 值 。胡 时 胜 等 ｌ 利 用 自行研 ４ 发 的变截 面 ７ ＨＰ ４ｍｍ Ｓ Ｂ装 置对 混凝 土 动 态 力 学性 能 进 行 实 验 ， 为混 凝 土 是 应 变 率敏 感 材 料 ， 认 高 应变 率下 的敏 感性 远 大于低 应 变率 （ 准静 态实 验 ） 的敏感 性 ， 且混 凝 土 材料 在 冲击 加 载条 件 下 的损 伤 并
韧性 、 耐久 性 的水 泥基 复合 材料 ， 高 因组 分 的细 度和 反应 活性 的增加 而 得 名 。Ｒ Ｃ材料 在 建筑 结 构 、 Ｐ 石 油 工业 、 核废 料 隔离 与控 制 以及 防爆 结 构等 诸多 领域 展 现 出广 阔 的应 用 前景 ［ 。Ｒ Ｃ材料 在 工 程应 用 ２ ］ Ｐ
度 和破 坏形 态具 有 明显 的应 变率 效应 ， 裂强 度和 破 坏程 度 随 着 应 变率 的提 高 而增 加 。杨少 伟 等 利 层 用 Ｓ Ｂ装 置对 常温 以及 经历 ４ ０和 ８ Ｏ ℃高 温 的 Ｒ Ｃ进 行 了单 轴 冲击 压 缩 实 验 。结 果 表 明 ， 历 ＨＰ ０ Ｏ Ｐ 经 ４ ０和 ８ ０℃高温 后 ， Ｐ ０ ０ Ｒ Ｃ材料 的动态 峰值 应力 和 弹性模 量 均有较 大 程度 的 降低 。
静载 和不 同动 载速 率 下进行 实 验 ， 到不 同应 变率 下试 件 的动 态压 缩 强 度 、 力 增 长 系数 及 应 力一 变 得 动 应
曲线 。又研究 了直径 为 ７ ０ｍｍ 的圆柱 体试 件 的动态 拉伸 性 能 ， 到 了不 同应 变率下 的混凝 土劈 裂拉 伸 得
混凝土材料的动态压缩破坏机理及本构关系
混凝土材料的动态压缩破坏机理及本构关系作者：张善凯来源：《建材发展导向》2013年第04期摘要：目前，砼材料已被广泛应用到现代工程结构领域，如核电站、海上平台、机场跑道、大型水利枢纽、军事工程、建筑工程等，但砼结构却易受到源于爆炸、撞击、地震等的冲击荷载的影响。
由此可见，对砼材料动载性能的研究具有现实意义。
关键词：砼材料；本构关系；应变率细长杆的一维应力波理论和均匀性/平面假设是SHPB技术的理论依据，即透过细长杆的应力波具备一维属性，变形条件下的细长杆横截面始终保持平面状态；砼材料试样的应力应变始终保持均匀状态。
基于此，利用透射杆和入射杆上的应变片便可获取透射/入射/反射应变脉冲，再利用如下函数式，便可求得砼材料试样的应力σs、平均应变εs、应变率ε4s。
SHPB技术的理论依据要求透过细长杆的应力波具备一维属性，变形条件下的细长杆横截面始终保持平面状态；砼材料试样的应力应变始终保持均匀状态。
小直径Hopkinson基本可以满足此要求，但大直径砼材料试样和Hopkinson却无法有效满足此要求。
基于此，本试验通过在入射杆的撞击端贴上直径和厚度皆一定的软纸，以达到整形入射脉冲（消除高频波的弥散现象）和控制砼材料试样端面平行度（≤0.02mm）的目的。
图二所示，砼材料的变形随应力的增大而呈现出塑性；待砼材料发展到非线性阶段后，应力应变的增长也呈现出非线性，但砼材料试样表面并无任何宏观裂纹。
待砼材料试样应力增加至动态压缩破坏强度邻近区域后，高速影像图便显现出砼材料试样局部表面的轴向裂缝，且此类裂缝会朝着轴向持续加宽加长。
此外，砼材料试样表面多处也出现了此类裂缝，但砼材料试样的承载能力却未完全消失。
由此可见，砼材料试样应力增加至材料压缩破坏强度的附近区域后，砼材料内部原有的微裂纹便会呈非稳定性扩展，并朝主应力方向贯通或桥接，进而构成宏观主控裂纹，且就整个砼材料试样的变形发挥主导作用，此时砼材料的承载力呈现出下降趋势，并直接转入砼材料应变软化阶段，直至砼材料被完全破坏。
真三轴应力下混凝土的动态力学性能及破坏准则
第 1 期水 利 水 运 工 程 学 报No. 1 2021 年 2 月HYDRO-SCIENCE AND ENGINEERING Feb. 2021 DOI:10.12170/20200305003徐媛媛，彭刚，王乾峰，等. 真三轴应力下混凝土的动态力学性能及破坏准则[J]. 水利水运工程学报，2021（1）：133-141. （XU Yuanyuan, PENG Gang, WANG Qianfeng, et al. Dynamic mechanical properties and failure criteria of concrete under true triaxial stress[J]. Hydro-Science and Engineering, 2021（1）: 133-141. （in Chinese））真三轴应力下混凝土的动态力学性能及破坏准则徐媛媛1, 2，彭刚1, 2，王乾峰1, 2，肖姝娈1, 2，李威1, 2，彭竹君1, 2(1. 防灾减灾湖北省重点实验室（三峡大学），湖北宜昌 443002；2. 三峡大学土木与建筑学院，湖北宜昌 443002)摘要: 为研究混凝土结构处于复杂应力状态下的静动态力学特性，进行了不同应力比及加载速率下的真三轴压缩试验。
对混凝土的强度特性和变形特性展开了深入分析，并基于八面体应力空间建立了考虑应变速率效应的真三轴动态破坏准则。
结果表明：真三轴受压下的混凝土极限抗压强度随着应力比的增大而增大。
随着应变速率的增加，应力比较低时，混凝土的极限抗压强度逐渐增大；应力比较高时，极限抗压强度先减小后增加。
随着应变速率的增加，侧向变形曲线的破坏峰值点更明显；随着应力比的增大，侧应力较大方向上的变形越来越小。
基于八面体应力空间建立的真三轴动态破坏准则表达式中包含3个率效应参数，经验证与试验数据吻合较好。
关 键 词：混凝土；静动态；三轴压缩；应变速率；强度准则中图分类号：TU528.01 文献标志码：A 文章编号：1009-640X(2021)01-0133-09混凝土结构在实际工程应用中除了承受静态荷载作用外，还要遭受地震、冲击和爆破等动态荷载的作用，且在动态荷载作用下表现出区别于静态荷载作用下的力学性能。
混凝土中的流变性能原理及测试方法
混凝土中的流变性能原理及测试方法一、引言混凝土是一种广泛应用于建筑、道路、桥梁等领域的材料。
混凝土的流变性能是影响其性能和使用寿命的重要因素之一。
本文将详细介绍混凝土中的流变性能原理以及测试方法。
二、混凝土的流变性能原理1、混凝土的基本结构和组成混凝土由水泥、骨料、水和外加剂等组成。
其中，水泥是混凝土的胶凝材料，骨料是混凝土的骨架材料，水是混凝土的润湿剂，外加剂则用于改善混凝土的性能。
混凝土的基本结构由水泥胶体和骨料骨架组成。
2、混凝土的流变性能混凝土的流变性质是指它在受到外力作用时的变形及其与时间和应力的关系。
混凝土的流变性能直接影响其物理力学性质、抗震性能、耐久性、变形能力、渗透性等特性。
混凝土的流变性能主要包括：（1）抗压强度：混凝土在受到压缩力作用时的最大抗力。
（2）抗拉强度：混凝土在受到拉力作用时的最大抗力。
（3）抗弯强度：混凝土在受到弯曲力作用时的最大抗力。
（4）抗剪强度：混凝土在受到剪切力作用时的最大抗力。
（5）变形能力：混凝土在受到外力作用时的变形能力。
（6）渗透性：混凝土中孔隙的大小和分布决定了其渗透性能。
3、混凝土的流变模型混凝土的流变模型是描述其流变性质的数学模型。
常用的混凝土流变模型包括：（1）弹性模型：弹性模型假设混凝土在受到外力作用后会恢复到原始状态，不会有任何残余变形。
常用的弹性模型包括胡克定律和泊松比定律。
（2）粘弹性模型：粘弹性模型假设混凝土在受到外力作用后会有残余变形，但变形随时间逐渐减小，最终趋于稳定。
常用的粘弹性模型包括麦克弗森模型和邓肯-恩特芬格尔模型。
（3）塑性模型：塑性模型假设混凝土在受到外力作用后会有明显的塑性变形，但变形不随时间减小，且不会恢复到原始状态。
常用的塑性模型包括穆氏塑性模型和普通强度理论模型。
4、混凝土的流变性能测试方法混凝土的流变性能测试是评估其性能和使用寿命的重要手段。
常用的测试方法包括：（1）压缩试验：压缩试验是评估混凝土抗压强度的一种常用方法。
混凝土SHPB试验数值模拟研究
第31卷专辑2010年12月固体力学学报CHINESE JOU RN AL OF SOLID M ECH ANICSVol.31S.IssueDecem ber2010混凝土SH PB试验数值模拟研究*贾 彬1,2** 李正良1 陶俊林2 姚华川2 范 超2(1重庆大学土木工程学院,重庆,400030)(2西南科技大学土木工程与建筑学院,绵阳,621010)摘 要 基于混凝土H JC动态本构模型,分析了该模型方程及参数获得方法,以混凝土材料的基本力学参数确定了H JC模型中各参数值,并运用L S-DYN A软件完成混凝土SHP B试验的三维数值模拟.对比分析数值模拟结果重构所得试样的应力应变曲线与实际试验结果的相似性,研究表明,数值模拟结果可再现试验中混凝土的动态力学行为与破坏特征,而且,数值模拟可很好的反映应力波在波导杆与试件中传播过程,符合一维弹性波理论规律.关键词 HJC模型,混凝土,SH PB试验,数值模拟0 引言随着现代数值分析技术特别是有限元分析技术及高速计算机的发展,运用计算机对混凝土的冲击问题进行数值模拟分析已经得到广泛的应用.其中, LS-DYNA是一种显式非线性动力分析通用有限元数值计算软件,可求解各种二维和三维非弹性结构的高速碰撞、爆炸和模压等大变形动力问题,在工程界得到广泛应用.H o lmquist-Johnson-Cook模型[1] (简称H JC模型)是一种率相关损伤型本构模型,可计算混凝土高应变率下的大变形问题,由于其计算结果与实验数据比较吻合,己被LS-DYNA程序引入,得到众多学者的关注[2-4].国内外很多学者在模拟子弹对混凝土侵彻、混凝土冲击压缩工程中大多采用了H JC模型[5],而模型参数的确定对计算非常重要,H JC模型参数众多,很难全部由实验得到,多数的数值模拟是在文献[1]所定参数基础上通过调整个别参数进行计算,极大地限制了数值方法的应用.同时,混凝土是一种复杂的多相材料,不同受力状态下的混凝土H JC模型参数取值必然有区别,因此,需有明确的方法确定H JC模型参数及模拟混凝土力学行为.本文对混凝土H JC模型参数进行分析,并确定各参数计算方法,基于混凝土SH PB试验,采用H JC模型模拟该试验过程,将计算结果与试验结果进行比较分析,并基于应力波理论进行SH PB试验中应力规律.1 H JC模型及其参数1.1 H JC模型H JC模型主要包括三方面:强度方程、损伤演化方程以及状态方程.强度方程为:*=[A(1-D)+BP*N][1+C ln *](1)式中A,B,N,C为材料常数, *= /f c为无量纲应力, 为混凝土的实际受力,f c为静态单轴抗压强度,P*=P/f c为无量纲压力,P为单元真实静水压,*= / 0无量纲应变率, 为真实应变率, 0为参考应变率,D为损伤因子(0 D 1),引入一个最大无量纲强度S max, * S max.H JC模型以等效塑性应变和塑性体积应变的累积来描述损伤,用损伤因子D予以表达,其损伤演化方程为:D= p+ pf p+ f p(2)其中 f p+ f p=D1(P*+T*)D2, p、 p为一个计算循环内单元的等效塑性应变增量和塑性体积应变增量,T*=T/f c是材料所能承受的标准化最大静水拉力,D1和D2是混凝土材料的损伤常数.当P* =-T*时,混凝土不能承受任何塑性应变,则定义一个最小损伤常数 f,min.H JC模型采用分段式状态方程描述混凝土静水压力和体积应变之间的关系.混凝土压缩过程,对于加载(卸载)状态分别为以三个阶段进行计算.第一阶段为线弹性阶段:* **国家自然科学基金项目(10602048,10972187).通讯作者. E-mail:jiabin216@.P=K e (P P crush)(3)式中K e为混凝土的弹性体积模量,其表达式为: K e=P crush/ cru sh, crush为弹性极限体应变,P crush压碎压力, = / 0-1为单元的体积应变, 和 0分别表示单元密度和初始密度.第二阶段为塑性过段阶段,此时混凝土材料内的空洞逐渐被压缩从而产生塑性变形.加载时:P=P crush+K lock( - crush) (P crush P lock)(4)其中K lock=P lock-P crushlock- cru sh, lock为压实体应变,P lock压实压力.第三阶段为压实阶段,该阶段混凝土已经完全破碎,加载时:P=K1 +K2 2+K3 3 (P lock P)(5)其中 = - lock1+ lock,K1、K2、K3为混凝土材料常数.同时,混凝土的拉伸阶段采用模型为:P=K e ,最大拉力P max=T(1-D).1.2 H JC模型材料参数确定方法混凝土H JC动态本构模型共计19个计算参数,在LS-DYNA程序中,H JC模型的定义方式是 *MAT-JOH NSON-H OLMQUIST-CONCRETE ,其材料编号为 111# ,软件参数包括 EPSO 、 FS ,则数值模拟中H JC模型参数共计21项.材料基本参数,共计4项: (kg/m3),f c(Pa), T(Pa),G(Pa).材料强度参数,共计5项:A,B,N,C,S max.材料损伤参数,共计3项:D1,D2, f,min.材料压力参数,共计7项:K1(Pa),K2(Pa), K3(Pa),P cr ush(Pa), crush,P lock(Pa), lock.软件参数,共计2项:EPSO( 0,s-1),FS.其中,直接或间接试验计算可得6项参数,即 ,f c,T,G,P cr ush, crush,静水压下抗拉强度T可由混凝土劈裂抗拉试验求得[5],即公式T=0.62(f c)0.5.通过试验所得曲线进行拟合,可得11项参数,即A,B,N,C,S max,D1,K1,K2,K3,P crush, crush,P lock, lock,其中A可由初始强度与完全压碎强度之差得到;D1可通过设定(假定) f p+ f p=0.01+ f p 0.01,取P*=1/6,D2=1.0[6],则D1=0.011/6+T*, lock可由凝土的压实密度 grain得到,即 lock= grain0-1.试验结果反推或直接设定的方法可得4项,即D2, f,min,EPSO,FS,其中损伤参数D2、压碎塑性应变 f,min可沿用文献中所给值[1,6].参考应变率EPSO ( 0)、失效类型F S可依据数值模拟结果调整确定.综上所述,H JC模型参数需要测定的参数有:密度、弹性模量、单轴抗压强度、单轴抗拉强度、压实的压力,需要的试验关系曲线有:应力-压力、压力-体应变、应力-应变率.2 SH PB试验及试件材料物理参数混凝土试件各配料采用重量比,硅酸盐水泥 砂子 石子 水=1 0.951 2.326 0.41,其中硅酸盐水泥为42.5M Pa,砂石直径为5-8m m.测得混凝土材料密度 =2292kg/m3.试件采用电液伺服阀控制的刚性试验机进行等应变速度加载,单轴压缩试验获得混凝土应力-应变曲线,静态单轴压缩抗压强度f c=45.4MPa,混凝土弹性模量E为33.22GPa.SH PB试验在中国工程物理研究院结构力学研究所完成,SH PB试验系统采用 50mm、弹性模量为27GPa的高弹性铝制波导杆,波导杆长度为1.8 m,子弹长500mm.试验设计子弹撞击速度为5m/s、7m/s、12m/s,考虑到混凝土材料性能的离散性,每种工况完成8个试件试验工作.3 H JC模型数值参数确定本文混凝土SH PB试验中,4项材料基本参数: =2292kg/m3,f c=45.4M Pa,T=0.62(f c)0.5,即T=4.18MPa,弹性模量E为33.22GPa,取混凝土泊松比 为0.2,则混凝土剪切模量G=E2(1+ ),即G=13.84GPa,弹性体积模量K e=E3(1-2 ),即K e=18.46GPa.5项材料强度参数:A可由初始强度与完全压碎强度之差得到,A=0.4;S max直接取初始值7;材料强度参数B,N,C参照文献[1]的研究结论,B= 0.7,N=0.5,C=0.005.3项材料损伤参数与7项材料压力参数:由P crush=f c/3,得P crush=15.13M Pa;由K e=P crush/ crush,得 crush=0.00082;由压实密度 grain=2680 kg/m3[6]及 lock=gr ain0-1,得 lock=0.17;混凝土的压实体积应力P lock=1GPa;取P*=1/6,D2=1.0,由D1=0.011/6+T*,得D1=0.04;D2=1, f,min=0.01.2项软件参数:参考应变率 0可设定为1.0 10-6s-1,失效类型FS可设定为0.004.至此,H JC数值模型参数详见表1.217专辑 贾 彬等: 混凝土SH PB试验数值模拟研究表1 混凝土H JC 模型参数T able 1 Par ameters about H JC model(kg /m 3)G(Pa )f c (P a )A B C N S max D 1D 2 f ,min 229213.84 10945.4 1060.350.850.010.6170.0410.01T (P a )P crus h (Pa )crushP lo ck (P a ) lo ck K 1(Pa )K 2(Pa )K 3(P a )0FS 4.18 10615.13 1068.2 10-41 1090.1785 109-17 1010208 1091 10-60.0044 SH PB 试验数值模拟4.1 数值模型建立SH PB 试验装置中,子弹、压杆、试样均为圆柱体,且共轴.数值模型以实际设备、试件的尺寸选取.选取LS -DYNA 程序中Solid164单元来模拟子弹、压杆、试样,该单元被用于3维的显式结构实体,是8节点六面体单元,节点在x 、y 、z 方向有平移、速度和加速度的自由度.子弹、霍普金森杆及试件均为圆柱体,故截面采用外圆内方的方式进行网格划分,子弹的网格划分精度对计算结果影响很大,故本文对子弹进行了精细的网格划分[7],当网格的精度到达一定的时候,再继续细化网格对数值计算结果影响不大[8],故子弹、霍普金森杆及试件轴向分别按100、90、8份划分,如图1所示.图1 数值模型网格划分Fig.1 T he mesh in the 3-D finite element model子弹和霍普金森杆采用线弹性材料模型,其密度 =2700kg/m 3,弹性模量E=72GPa ,泊松比 =0.33.混凝土试件采用HJC 本构模型.接触类型选择面面自动接触,忽略各接触面之间的摩擦,为减少沙漏效应,接触算法采用罚函数法.依据SHPB 试验,直接在子弹设定加载速度的方式进行试验动态模拟.4.2 数值模拟结果分析在数值模拟的入射杆及输出杆按试验位置选取两点,获得应力波,如图2所示,依据该位置处的应变-时间曲线按两波法[2]重构得到混凝土应力应变曲线,并与试验对比,如图3、图4所示.可见,数值模拟重构所得应力应变曲线与试验结果吻合较好,可用数值模拟SH PB 试验的方法进行混凝土动态力学特性研究.同时,混凝土SH PB 试验中不同加载速度条件下试件破坏现象各异,如图5.数值模拟也再现了各中情况下的破坏现象,如图6.图2 模拟得到的应力波形(7m/s )F ig.2 Str ess waves in the finite element simulation(the bullet w ith 7m/s)图3 混凝土应力应变重构曲线(7m/s )F ig.3 Reco nstr ucted stress -st rain curv es (t he bulletwit h 7m/s)218 固体力学学报 2010年第31卷图4 混凝土应力应变重构曲线(12m/s )F ig.4 Reconstructed str ess -str ain cur ves (the bulletw ith 12m/s)图5 试验中试件破坏照片F ig.5 Photo s of the damag e in the specimens o f tests5 数值模拟中应力波分析由一维弹性波在不同介质面的反射、透射理论[9、10]知,反射扰动 R 和透射扰动 T 与入射扰动 I 之间有如下关系:R =F IT =T I(6)式中,反射系数F =(1-n)/(1+n),透射系数T =2/(1+n),而n 为入射介质波阻抗与透射介质波阻抗之比.SH PB 试验中,对输入杆-试件而言,n =( C )B /( C )S ,对试件-输出杆则为其倒数,即 =1/n =( C )S /( C )B ,其中,弹性波在输入杆-试件-输出杆系统中的反射-透射将取决于压杆的弹性波阻抗( C )B 与试件的弹性波阻抗( C )S .文献[11]运用一维弹性波理论在物理平面(X -t 平面)和速度平面( -v 平面)上对应地确定出输入杆-试件-输出杆系统中弹性波的反射-透射过程,以及各阶段的应力 和质点速度v 状态,见图7.第k 次透射-反射后,k 区的最终应力状态 k :k =1-F k S -B 1-F S -B 1=1-F k S -B 1-F S -B T B -S A =图6 数值模拟破坏过程应变图F ig.6 N umerical simulatio n o f failur e pr ocess ofspecimens图7 输入杆-试件-输出杆系统中弹性波反射-透射过程Fig.7 T he reflected -transmitted process of elastic w avesbetw een input bar -specimen -output bar1-1-1+(7)式中,子弹以速度v 0撞击输入杆,产生幅值 A =-(C )B v 0/2的强间断弹性波(矩形波阵面),当输入杆中以弹性波速c B 传播的入射波 A 到达界面X 1时,发生第1次透射、反射,透射波以弹性波速c S 传入试件,引起的应力强间断扰动 1= 1-0=T B -S A ,式中透射因数T B -S =2/(1+n)=2 /(1+ ),下标B -S 特指应力波由杆介质B 传入试件介质S .219 专辑 贾 彬等: 混凝土SH PB 试验数值模拟研究在界面X 2处再次发生波的透射-反射,传回试件的反射应力强间断扰动 2= 2- 1=F S -B 1,式中反射因数F S -B =(1- )/(1+ ),S -B 特指应力波由试件介质S 传入杆介质B .试件中经来回透射-反射k 次后的应力 k 既取决于次数k ,也取决于试件波阻抗与压杆波阻抗之比 ,这意味着应力沿试件长度的分布有一个逐渐均匀化的过程.数值模拟再现波导杆与混凝土试件在各时刻应变、应力状态,各时刻应变分布图直观的显示出应力波的多次透-反射过程,如图8所示.同时,初始阶段应力在试件长度分布非均匀,多次透-反射后逐渐均匀化,在试件破坏前应力分布极不均匀,如图9所示.图8 数值模拟所得应变在加载过程中沿波导杆与试件的分布图(7m/s )Fig.8 Stra in distr ibut ion a long the waveg uide pole and specimen in the loading process o fthe finite element simulation (bullet wit h 7m/s)图9 数值模拟所得试件应力沿试件分布图(7m/s )Fig.9 Stress dist ributio n along the specimen in the finite element simulation (bullet wit h 7m/s)220 固体力学学报 2010年第31卷6 结论本文确定了一套混凝土H JC模型参数确定方法,以SH PB试验中混凝土材料的力学参数确定该模型各参数值,并进行混凝土SH PB试验三维数值模拟.通过比较数值模拟重构所得试样的应力应变曲线与试验结果的相似性,并分析数值模拟中的应力波传播规律,结果表明,数值模拟结果可体现试验中混凝土的力学行为,模型参数的确定方法与数值模拟方法无论在混凝土破坏特征,还是承载过程都与试验结果符合.参考文献[1] H o lmquist T J,Jo hnson GR,Co ok WH.A comput a-tional const itutive mo del fo r concrete subjective tolarg e st rains,high str ain r ates,and hig h pr essures[A].Jackso n N,Dicker t S.T he14th Inter nationalSy mpo sium on Ballistics[C].U SA:A merican De-fense P repareness A ssociation,1993:591-600.[2] 巫绪涛,孙善飞,李和平.用H JC本构模型模拟混凝土SHP B实验[J].爆炸与冲击,2009,29(2):137-142.(Wu Xutao,Sun Shanfei,L i Heping.N umer icalsimulatio n o f SH PB tests fo r concrete by using H JCmo edel[J].Explosion and Shock Wav es,2009,29(2):137-142.)[3] Shi Yanchao,H ao H ong,Li Z ho ng x ian.N umer icalder ivation o f pr essure-impulse diagr ams fo r predictiono f RC column damag e to blast 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混凝土在动态双向压力作用下的强度和变形特性
混凝土抗压强度影响的研究成果，对比分析了加载 速率对混凝土断裂特性的影响，以及对强度、弹性 模量、临界应变、泊松比、吸能能力的影响等。Malvar 与 Ross[2]总结了荷载速率对混凝土单轴动态抗拉强 度影响的研究成果。Bicanic 等[3]和 Tedesco 等[4]在 单轴试验成果的基础上建立了动态本构模型。Gran 等 [5]对高强混凝土在较高速率下进行了三轴动态 试验。试验结果表明，在应变速率 1.3~5 /s-1 之间建立 的动态剪切破坏面比静态条件下的破坏面高 30 % ~ 40 %。Takeda 等[6]试验研究了在恒定围压下混凝土的
收稿日期：2005-09-22
修改稿收到日期：2006-03-06
基金项目：国家自然科学基金资助重点项目（No.50139010；No.90510018）。
作者简介：闫东明，男，1978 年生，博士研究生，主要从事凝土材料动力性能方法的理论与试验研究。E-mail: dmyag@
高温后混凝土SHPB试验研究
ｔｍｐｅ ａｕ ｅ ｕ ｅ ｈｅ ｓ ｍｅ ｓｒｋ ｎ ｅｏ ｉｙ，ａ ｅ ａ ｅ ｓｒ ｉ ａｅ ｏ ｏ ｃ ｅｅ ｅ ｐｏ ｅ ｏ ２ ０￣ ｉ ｃ ｅ ｓ ｓｗｈ ｌ ｔ ｙ ａ ｃ ｅ ｒ ｔ ｒ ｎｄ ｒｔ ａ ｔ ｉ ｇ ｖ ｌ ｃｔ ｉ ｖ ｒ ｇ ｔａ ｎ ｒ ｔ ｆｃ ｎ ｒ ｔ ｘ ｓ ｄ ｔ ０ Ｃ ｎ ｒ ａ ｅ ｉｅ ｉｓｄ ｎ ｍｉ
ｓｒ ｉ ａｅ ｏ ｄ ｎ ｍｉ ｃ ｍｐ ｅ ｓｖ ｓｒ ｎ ｔ ｗｅ ｅ ａ ａｙ ｅ ｔａｎ ｒ ｔ ｎ ｙ ａ ｃ ｏ ｒ ｓｉ ｅ ｔｅ ｇ ｈ ｒ ｎ ｌｚ ｄ． Ｔ ｅ ｕ ｔ ｓ ｏ ｄ ｔ ｔ ｈ ｒ ｌｔｏ ｓ ｉ ｅ ｗｅ ｎ ｔｉ ｉ ｇ ｈｅ ｒ ｓ ｌｓ ｈ ｗｅ ｈａ ｔ ｅ ｅ ａｉ ｎ ｈ ｐ ｂ ｔ ｅ ｓｒｋ ｎ
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Ａ ｓ ａｔ Ａ １０ ｍｍ—ｉｍ ｔ ｐｉ Ｈｏ ｋｎｏ ｒｓ ｒ ｂｒ Ｓ Ｐ ｂｔ ｃ： ０ ｒ ｄａ ｅｅ ｓｌ ｐ ｉｓｎ ｐｅｓ ｅ ａ （ Ｈ Ｂ）ａ ｐ ａ ｓｗ ｓａｏ ｔｄ ｔ ｉｖ ｓｇｔ ｔｅ ｒ ｔ ｕ ｐ ａ ｔ ａ ｄ ｐｅ ｏ ｎ ｅｔ ａ ｈ ｒ ｕ ｉ ｅ
振 第３ １卷第 ８期
动
与
冲
击
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＶＩ ＢＲＡＴ ＯＮ Ｉ ＡＮＤ Ｓ ＨＯＣＫ
压缩模量检测方法
压缩模量检测方法压缩模量是衡量材料抵抗压缩变形能力的重要物理量之一，其精确测定对于材料力学行为的分析和工程设计至关重要。
常见的压缩模量检测方法主要有静态试验法、动态试验法和非接触式方法，本文将对这些方法进行详细描述。
一、静态试验法静态试验法是一种常见的测量压缩模量的方法，其基本原理是通过施加静态负荷使材料发生压缩变形，同时测量应力和应变以计算压缩模量。
静态试验法适用于大多数材料，如金属、塑料、橡胶、混凝土等。
其主要的优点是设备简单，可靠性高，结果准确可靠。
静态试验法需要较长的测试时间，不适用于动态变化的材料。
1. 压力板法压力板法是一种常见的静态试验法，其主要原理是在材料表面施加静态负荷并测量相应的应变，从而计算材料的压缩模量。
压力板法可适用于金属、塑料、橡胶等材料的压缩模量测试。
其主要的缺点是测量结果很容易受到材料表面不平整度和试验设备的摩擦力干扰。
2. 弹性膜法弹性膜法是一种常用的静态试验法，其主要原理是将弹性膜覆盖在材料表面并施加静态压力，从而测量应变和应力，从而计算材料的压缩模量。
弹性膜法适用于低模量和低硬度材料。
其主要的优点是测量结果对材料表面的不平整度不敏感，但是误差较大。
二、动态试验法动态试验法是另一种测量材料压缩模量的常用方法，它适用于材料在短时间内受到快速加载。
由于材料的压缩模量与杨氏模量相关，因此杨氏模量的测量也可以使用这种方法。
常见的动态试验法包括冲击试验法和振动试验法。
1. 冲击试验法冲击试验法是一种常见的动态试验法，其原理是使用冲击载荷使材料产生瞬间变形并测量应力和应变的变化，从而计算压缩模量。
冲击试验法可适用于各种材料的压缩模量测试，但其主要的缺点是测试时间较短，难以测量低强度材料的压缩模量。
2. 声波试验法声波试验法是另一种常用的动态试验法，它利用压缩波的传播速度来计算压缩模量。
声波法适用于材料的压缩模量和剪切模量的测量，但是其主要的缺点是需要专业的设备和技术人员。
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混凝土动态压缩性能试验研究
一、研究背景
随着工业化和城市化的不断发展，建筑和交通等领域对混凝土等材料的需求量也在不断增加。
在工程建设中，混凝土是一种常用的建筑材料，其力学性能对工程质量和安全至关重要。
因此，研究混凝土的力学性能，特别是其动态压缩性能，对于提高工程建设的质量和安全具有重要意义。
二、研究目的
本研究旨在通过试验研究混凝土的动态压缩性能，探究混凝土在动态荷载作用下的力学特性和变形行为，为混凝土的设计和应用提供参考依据。
三、研究内容
1.试验材料
本次试验选取的混凝土为普通混凝土，其组成和配合比如下：
水泥：硅酸盐水泥42.5R，用量320kg/m³
砂：细砂，用量873kg/m³
石：碎石，用量1310kg/m³
水：自来水，用量180kg/m³
2.试验方法
采用压杆式试验机进行动态压缩试验，试验参数如下：
试验频率：100Hz
荷载速率：0.1mm/μs
试验温度：20℃
试验条件：干燥状态
3.试验结果
通过试验得到混凝土在不同荷载下的应力-应变曲线，如图1所示。
图1 混凝土应力-应变曲线
从图1可以看出，在动态荷载下，混凝土的应力-应变曲线呈现出明显的非线性特性，随着荷载的增加，混凝土的应变增加速度逐渐加快，应力也随之增加。
当荷载达到一定值时，混凝土发生破坏。
4.试验分析
通过对试验结果的分析可以得出以下结论：
（1）混凝土在动态荷载下呈现出明显的非线性特性，其应力-应变曲线与静态荷载下的应力-应变曲线有所不同。
（2）混凝土在动态荷载下的破坏模式为剪切破坏，其破坏形态呈现出明显的韧性破坏。
（3）混凝土的动态压缩强度明显高于静态压缩强度，这可能与混凝土的变形速率有关。
四、结论
本研究通过试验研究混凝土在动态荷载下的力学特性和变形行为，发
现混凝土在动态荷载下呈现出明显的非线性特性和高强度特点。
这为混凝土的设计和应用提供了参考依据，同时也为混凝土的进一步研究提供了基础。