冲击荷载下混凝土材料损伤破坏的分形实验研究

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1、武汉理工大学硕士学位论文冲击荷载下混凝土材料损伤破坏的分形实验研究姓名：李建雄申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：祝文化20080401武汉理工大学硕士学位论文摘要混凝土是一种应用广泛的工程材料，研究混凝土材料在冲击荷载下的损伤破坏细观特征，探索混凝土表面裂纹图形的分形特征与其承受的冲击荷载之间的内在规律具有十分重要的意义。本文采用分离式Hopkinson压杆实验装置，对混凝土材料(C30素混凝土、聚丙烯纤维混凝土各4组)的动态压缩实验的应变率、动态单轴压应力极限值及裂纹分形维数值进行了研究，分析了不同荷载下混凝土表面裂纹图形的分形特性

2、及其变化规律。论文主要进行了以下工作：1、针对混凝土等脆性材料动态压缩实验的特点，采用SHPB改进技术，获得了C30素混凝土及纤维混凝土的动态单轴压缩应力、应变曲线。2、实验结果表明：混凝土材料具有明显的应变率效应；在混凝土中掺入适量的聚丙烯纤维对混凝土的增强机理主要体现在限制裂缝的发展，显著改善了混凝土材料的韧性。3、在总结分析了常用分形维数的计算方法的基础上，确定计盒维数为本文研究的分形维数。根据盒维数算法思想及数字图像存储原理，设计了基于Matlab的数字图象盒维数计算程式，建立了一种数字图像盒维数简易算法，为混凝土表面裂纹图形盒维数计

3、算提供了计算方法。4、实验结果表明：冲击荷载条件下，混凝土表面裂纹具有很好的分形特性，分维可作为混凝土损伤程度的描述参数。随着冲击荷载的增大，混凝土的应变率、动态单轴抗压强度及裂纹分形维数值均逐渐增大。5、用分形维数对C30素混凝土和纤维混凝土试块的单轴动态抗压强度极限值和应变率进行定量描述，拟合了试块动态单轴压应力极限值与其对应的分形维数的定量关系。关键词：冲击荷载；混凝土；损伤；分形；霍普金森压杆(SHPB)；裂纹；盒维数武汉理工大学硕士学位论文ALBSTRACTConcreteisaproiectmaterialofextensivel

4、yapplication．Thereareveryimportantmeaningstostudythemicrostructuralcharacteristicofdamagedconcreteunderimpactloadandexploretheinherentlawsbetweenthefractalcharactersofconcretesurfacecrackgraphanditsimpactload．Aseriesofimpactloadtestsandtheoryanalysiswerecarriedonconcretesam

5、ples，includingfourgroupsofC30plainconcretesamplesandpolypropylenefiberconcretesamples，usingSHPBdevice．Baseonthetests，researchswerecarriedonconcretedynamicuniaxialcompressionstressandcrackfractaldimensionandanalysiswerecarriedonthelawsbetweenimpactloadingandfractaldimensiono

6、fconcretesurfacecrack．Theprimaryresearchachievementsareasfollowing：1、Accordingtothecharacteristicoftheexperimentofbrittlematerialssuchasrockandconcrete，theSHPBWasimprovedandtheconstitutive．curveofC30plainandpolypropylenefiberconcretewereobtained．2、Experimentalresultsindicat

7、ethatconcretematerialhavesignificantstrain—rateeffect．Thestrengtheningmechanismofappropriateamountofincorporatedpolypropylenefibersistorestrictthecrackfromdeveloping，anditcanremarkablyimprovethetoughnessofconcretematerial．3、SummaryandanalysisWascarriedonthecalculationmethod

8、ofcommonlyusedfractaldimensions，andfinallydeterminedtousethebox．countingdimension．