混凝土 SHPB 试验和仿真的问题探讨.pdf

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1、2016年第8期（总第322期）混凝土理论研究Number8in2016（TotalNo.322）ConcreteTHEORETICALRESEARCHdoi：10.3969/j.issn.1002-3550.2016.08.008混凝土SHPB试验和仿真的问题探讨焦楚杰，李习波，权长青（广州大学土木工程学院，广东广州510006）摘要：对SHPB冲击试验出现的应力不均匀、混凝土试块与压杆波阻抗不匹配、混凝土试块端面不够平整和波形弥散效应4个问题进行了论述。从单元选取、混凝土动态本构模型的选择、算法的采用、接触的定义4个方面介绍了LS-DYNA

2、软件在混凝土SHPB试验仿真中的问题，为SHPB的试验研究和仿真分析提供参考。关键词：混凝土；SHPB；冲击试验；仿真中图分类号：TU528.01文献标志码：A文章编号：1002-3550（2016）08-0032-04DiscussionontheSHPBexperimentandsimulationquestionsofconcreteJIAOChujie，LIXibo，QUANChangqing（SchoolofCivilEngineering，GuangzhouUniversity，Guangzhou510006，China）Abstr

3、act:TheproblemsintheSHPBimpacttestsfromfouraspectsasunevenstress，concretespecimenandbarwaveimpedancemis-match，notenoughsmoothnessoftheconcretespecimenbottomsurface，waveformdispersioneffectwerediscussed.TheLS-DYNAsoft-wareintheapplicationofSHPBsimulationanalysiswasdescribedin

4、detailfromfouraspects，suchastheselectionofelementselection，dynamicconstitutivemodel，computationalmethods，andcontactdefinition.TheaboveintroduceandanalysismaybethereferencesfortheSHPBexperimentstudyandnumericalsimulationofconcrete.Keywords:concrete；SHPB；impacttest；simulation0

5、引言在混凝土材料的动态力学性能科研领域中，目前常用试验装置是分离式霍普金森压杆（SplitHopkinsonPressureBar，简称SHPB）[1]，该装置可以很方便测量出混凝土的动态力学行为。SHPB冲击过程持续时间极短（毫秒级），肉眼无法观察到试块破坏的全过程，数值仿真则可以再现试块瞬态破坏中的应变、开裂等特征[2-4]。本研究针对混凝土SH-图1SHPB装置示意图PB冲击试验及其LS-DYNA软件仿真过程中的相关问题2混凝土的SHPB试验存在的问题进行分析。2.1试块应力不均匀1SHPB试验原理SHPB试验的两个基本假定中，就有应力均

6、匀性的要图1为典型的SHPB试验装置原理图，其基本工作原求，对于冲击压缩试验，为满足试块应力均匀性这一假定，理为[5]：子弹受高压氮气的驱动撞击入射杆，在入射杆内通过试块达到一定的厚度，可以忽略因惯性效应带来的影产生入射脉冲波，应力脉冲传播到试块时，试块产生形响。DaviesEDH和HunterSC[7]采用能量方法对试块中惯变，同时在入射杆中产生反方向传播的反射脉冲波，并性效应进行分析，认为在试块的几何特性和冲击加载条件在透射杆形成向前继续传播的透射波。利用动态应变仪符合既定要求后，试块均匀性假定成立。该观点已被一些记录入射杆、透射杆中的应变

7、信号，通过专业的程序处文献证实[8-10]。理[6]，可得出冲击过程中试块的应力-应变曲线、应变率-应[11]李为民和许金余等进行了C50混凝土的SHPB试变曲线。验，通过对试验结果进行分析，获得了混凝土的近似恒应收稿日期：2015-09-22基金项目：国家自然科学基金项目（51278135，51478128）；住房和城乡建设部科研开发项目（2010-K3-27，2010-K4-18）；广州大学重点科技项目培育项目··32变率，试验表明，整形器的直径越小，入射脉冲上升段上升时的延长量就越大，试块的应力均匀性也就越好。2.2试块与压杆波阻抗不匹配

8、徐明利和张若棋等通过试验研究[12]，提出利用传统SHPB试验装置对试块进行冲击加载时，加载装置的压杆材质的波阻抗宜与试块的波阻抗相近，也即二者的波阻