混凝土類材料沖擊本構(gòu)特性的SHPB技術(shù)及Lagrange反解法的研究.pdf

1、本文針對(duì)利用大直徑Hopkinson壓桿來獲取混凝土本構(gòu)關(guān)系時(shí)碰到的一系列問題，如橫向慣性效應(yīng)的修正和如何滿足應(yīng)力均勻性假定等，進(jìn)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(shù)難以對(duì)混凝土獲得可靠的動(dòng)態(tài)本構(gòu)關(guān)系之后，發(fā)展了Hopkinson桿技術(shù)與改進(jìn)的基于路徑線法的Lagrange分析相結(jié)合的新方法來反解試樣的本構(gòu)關(guān)系，成功地獲得了C30混凝土試樣的在高應(yīng)變率下的動(dòng)態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，獲得了令人滿意的結(jié)果。 本文第二章對(duì)SH

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

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

4、混凝土類脆性粘彈性材料可靠的動(dòng)態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)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(shù)結(jié)合的新方法。一方面通過Hopkinson桿實(shí)測(cè)試樣邊界處的應(yīng)力和質(zhì)點(diǎn)速度(相當(dāng)于組合計(jì))，另一方面，在試樣上不同拉氏位置處實(shí)測(cè)質(zhì)點(diǎn)速度或應(yīng)變波形，然后進(jìn)行拉氏分析，分別稱為“1sV+nv”法和“1sV+ne'法。數(shù)值試驗(yàn)表明可滿意地得到各拉氏位置的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。本文還建立了拉氏分析結(jié)果與ZW

5、T率型本構(gòu)模型之間的定量關(guān)系。數(shù)值模擬結(jié)果表明，特別是對(duì)于ZWT線性粘彈性材料，由上述方法確定的本構(gòu)參數(shù)相當(dāng)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(gè)由Hopkinson桿與拉氏分析相結(jié)合的方法來直接確定材料動(dòng)態(tài)本構(gòu)參數(shù)的新途徑。最后，本文還用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這一新方法的可行性。試驗(yàn)中采用“1sV+nV”法，得到了C30混凝土試樣各拉氏位置處的動(dòng)態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，并最終求出了C30混凝土ZWT方程的各參數(shù)；也