水泥砂漿動態(tài)力學(xué)性能研究.pdf

1、分離式Hopkinson 壓桿(SHPB)實驗技術(shù)是實測材料動態(tài)力學(xué)特性的重要實驗手段之一，但是，如果用常規(guī)的實驗和數(shù)據(jù)處理方法在Hopkinson 桿裝置上對脆性材料實施動態(tài)實驗，其結(jié)果將帶有很大誤差或甚至是不可信。另外一個問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間以在破壞前達到應(yīng)力均勻狀態(tài)。因此目前在對脆性材料的Hopkinson 壓桿裝置實驗方法的研究中，提出許多措施來消除這一影響，改善實驗質(zhì)量。
　　 本文主要

2、對脆性材料(水泥砂漿)在應(yīng)用了脈沖整形技術(shù)后，在分離式Hopkinson壓桿作用下動態(tài)性能測試時存在的一些問題進行研究，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)，同時評價了在SHPB試驗中脈沖整形技術(shù)對脆性試件的作用。通過調(diào)整脈沖整形器的幾何及材料參數(shù)，研究這些參數(shù)對于圓柱形水泥砂漿試件動態(tài)性能測試中的影響。計算結(jié)果給出了沖擊過程中的入射、反

3、射和投射應(yīng)變時程曲線，并給出了試件上軸向應(yīng)變時程曲線，為脆性材料在分離式Hopkinson壓桿作用下動態(tài)性能研究時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實驗中,即使經(jīng)過整形的入射應(yīng)力脈沖產(chǎn)生了一個近似恒應(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)變變化趨勢仍不相同,這暗示了:在SHPB實驗里,反射脈沖獲得了一個近似恒應(yīng)變率,可能不等于說SHPB試件也獲得了近似恒應(yīng)變率。
　　 2.利用大直徑(74

4、 mm)SHPB試驗裝置對不同形狀的水泥砂漿試件進行了動態(tài)性能實驗研究，以此來研究不同尺寸、不同材料的整形器在不同速度下對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)變率對試件的應(yīng)力-應(yīng)變曲線的影響。并對試件的不同位置采用應(yīng)變片測試了其軸向和周向的應(yīng)變，來分析即使入射脈沖的升

5、時延長了，波形震蕩減弱了，試件里是否達到恒應(yīng)變率；軸向應(yīng)變是否均勻，和周向應(yīng)變是否存在等問題。實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)：采用脈沖整形器在脆性材料動態(tài)實驗中實現(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”可能造成實驗的動態(tài)特性過度“犧牲”，導(dǎo)致試件中的應(yīng)變率達不到“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入射波的上升時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