水泥砂漿動(dòng)態(tài)力學(xué)性能研究.pdf

1、分離式Hopkinson 壓桿(SHPB)實(shí)驗(yàn)技術(shù)是實(shí)測(cè)材料動(dòng)態(tài)力學(xué)特性的重要實(shí)驗(yàn)手段之一，但是，如果用常規(guī)的實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)處理方法在Hopkinson 桿裝置上對(duì)脆性材料實(shí)施動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果將帶有很大誤差或甚至是不可信。另外一個(gè)問(wèn)題是脆性材料的小破壞應(yīng)變要求增加加載波形的上升時(shí)間以在破壞前達(dá)到應(yīng)力均勻狀態(tài)。因此目前在對(duì)脆性材料的Hopkinson 壓桿裝置實(shí)驗(yàn)方法的研究中，提出許多措施來(lái)消除這一影響，改善實(shí)驗(yàn)質(zhì)量。
　　 本文主要

2、對(duì)脆性材料(水泥砂漿)在應(yīng)用了脈沖整形技術(shù)后，在分離式Hopkinson壓桿作用下動(dòng)態(tài)性能測(cè)試時(shí)存在的一些問(wèn)題進(jìn)行研究，主要工作包括:
　　 1.利用大型非線性有限元軟件LS-DYNA作為求解器，F(xiàn)EMB作為前后處理器，數(shù)值模擬了脈沖整形的優(yōu)化參數(shù)，同時(shí)評(píng)價(jià)了在SHPB試驗(yàn)中脈沖整形技術(shù)對(duì)脆性試件的作用。通過(guò)調(diào)整脈沖整形器的幾何及材料參數(shù)，研究這些參數(shù)對(duì)于圓柱形水泥砂漿試件動(dòng)態(tài)性能測(cè)試中的影響。計(jì)算結(jié)果給出了沖擊過(guò)程中的入射、反

3、射和投射應(yīng)變時(shí)程曲線，并給出了試件上軸向應(yīng)變時(shí)程曲線，為脆性材料在分離式Hopkinson壓桿作用下動(dòng)態(tài)性能研究時(shí)的有效性提供了系統(tǒng)的、豐富的數(shù)據(jù)。數(shù)值模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn):在SHPB實(shí)驗(yàn)中,即使經(jīng)過(guò)整形的入射應(yīng)力脈沖產(chǎn)生了一個(gè)近似恒應(yīng)變率的反射脈沖,但在脆性試件里,其不同位置的軸向應(yīng)變變化趨勢(shì)仍不相同,這暗示了:在SHPB實(shí)驗(yàn)里,反射脈沖獲得了一個(gè)近似恒應(yīng)變率,可能不等于說(shuō)SHPB試件也獲得了近似恒應(yīng)變率。
　　 2.利用大直徑(74

4、 mm)SHPB試驗(yàn)裝置對(duì)不同形狀的水泥砂漿試件進(jìn)行了動(dòng)態(tài)性能實(shí)驗(yàn)研究，以此來(lái)研究不同尺寸、不同材料的整形器在不同速度下對(duì)不同形狀的試件的整形效果。在兩波導(dǎo)桿上貼應(yīng)變片，記錄了入射、反射和投射波形，并用SHPB計(jì)算軟件給出了兩波導(dǎo)壓桿之間的試件的應(yīng)變率、應(yīng)力、應(yīng)變，分析試件的形狀對(duì)水泥砂漿材料的應(yīng)變率、應(yīng)力-應(yīng)變曲線的影響，和應(yīng)變率對(duì)試件的應(yīng)力-應(yīng)變曲線的影響。并對(duì)試件的不同位置采用應(yīng)變片測(cè)試了其軸向和周向的應(yīng)變，來(lái)分析即使入射脈沖的升

5、時(shí)延長(zhǎng)了，波形震蕩減弱了，試件里是否達(dá)到恒應(yīng)變率；軸向應(yīng)變是否均勻，和周向應(yīng)變是否存在等問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：采用脈沖整形器在脆性材料動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)“恒應(yīng)變率”變形具有較大的困難,如刻意追求“恒應(yīng)變率”可能造成實(shí)驗(yàn)的動(dòng)態(tài)特性過(guò)度“犧牲”，導(dǎo)致試件中的應(yīng)變率達(dá)不到“轉(zhuǎn)變應(yīng)變率”。另外還發(fā)現(xiàn)：盡管在試件的幾何尺寸設(shè)計(jì)上采取了消除橫向慣性效應(yīng)的措施，采用了脈沖整形器延長(zhǎng)入射波的上升時(shí)間以保證試件中的變形均勻性，但其軸向應(yīng)變并不相等，且仍然存在有