冲击载荷下溷凝土材料的动态本构关系.pdfVIP

　第 22 卷 　第 3 期 爆 炸 与 冲 击 Vol. 22 , No. 3 　 　2002 年 7 月 EXPLOSION AND SHOCK WAVES Jul. ,2002 　 ( ) 文章编号 : 2002 冲击载荷下混凝土材料的动态本构关系 胡时胜1 ,2 ,王道荣2 ( 1. 中物院流体物理研究所冲击波物理与爆轰物理实验室 ,四川 绵阳 　621900 ; 2. 中国科学技术大学力学和机械工程系 ,安徽 合肥 　230027) 　　摘要 : 利用改装的杆径为 74mm 的直锥变截面式大尺寸 Hopkinson 压杆对混凝土材料进行冲击压缩实验 , 系统研究了混凝土的应变率硬化效应 ,采用一种新的方法 ———“损伤冻结”法对混凝土材料在冲击载荷下的损 伤软化效应进行了系统研究 ,给出了冲击载荷下混凝土的损伤演化方程 ;在对数据进行合理分析的基础上 ,结 合粘弹性本构理论 ,得到混凝土材料的损伤型线性粘弹性本构关系。 　　关键词 : 混凝土材料 ;Hopkinson 压杆 ;动态本构关系 　　中图分类号 : O347 ;O383 　　　文献标识码 : A 1 　引 　言 　　混凝土是一种应用极其广泛的建筑材料 ,各种各样混凝土建筑物大多数承受着变化缓慢的准静态 载荷 ,但是也有些重要建筑物承受着各种变化剧烈的冲击载荷。从材料的组成成分来看 ,混凝土是一种 硅酸盐类复合材料 ,其成分复杂 ,变化因素多 ,表现为非均质、非线性及脆性破坏等。人们对它的力学性 能和破坏机理的认识远不如金属和高聚物 ,而对它在冲击条件下动态力学性能的了解则更少 , 因此 ,开 展这项研究工作可填补这方面的空缺 ,具有十分重要的学术意义。 　　系统研究混凝土动态力学性能只是在最近 20 年才开始 ,之前的研究大多数局限于准静态条件下 , ( ) 或是利用液压 或气动 设备研究它们在低应变率下的动态力学性能或是利用落锤装置测量它的冲击抗 压强度 ,利用落锤使加载的应变率在一定程度上得到提高 ,但由于落锤本身的惯性对加载的影响不能得 到合理的处理 ,从而使实验结果误差较大。为了较精确地测定混凝土材料的动态力学性能 ,人们相继建 Φ [1 ] Φ Φ [2 ] [3 ] 起了 76mm 的大尺寸 SHPB , 50mm 和 100mm 的 SHPB 以及200mm ×200mm 的束型 SHPB 等 ,并 利用所测到的结果讨论了应变率效应 ,骨料粒径的影响等 ,有关材料的动态本构关系的讨论则不多。在 Φ [4 ] 本文中 ,我们将利用改装的直锥变截面 74mm 的大尺寸的 Hopkinson 压杆 ,对混凝土的应变率效应和 损伤软化效应进行研究 ,并进而给出它的损伤型粘弹性动态本构方程。 2 　动态力学性能的实验研究 　　为了对混凝土材料进行冲击压缩实验 ,一方面是适当减小骨料的尺寸 ,试件材料的组成和配料如表 Φ 1 所示 ,而骨料的粒径为 5 ～10mm ;另一方面则将实验室原有的 37mm SHPB 改装为直锥变截面式 Φ ( ) 74mmSHPB 见图 1 。 表 1 　混凝土材料配料表 Table 1 　Ingredient of concrete material 名 　称 水 　泥 砂 　子 骨 　料