混凝土压缩性对SHPB试验中 惯性效应的影响分析.pdf

《混凝土压缩性对SHPB试验中 惯性效应的影响分析.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、应用研究混凝土压缩性对SHPB试验中惯性效应的影响分析张旭（中铁上海工程局集团北方工程有限公司，辽宁锦州121000）摘要：近年来，建筑行业有了较快的发展，混凝土作为建筑过程中不可或缺的材料，在动态荷载作用下的力学响应被广泛关注。混凝土压缩性对SHPB试验中惯性效应有重要的影响，本文就针对混凝土压缩性对SHPB试验中惯性效应的影响，展开具体分析，并且提出相应的改进措施。关键词：SHPB；惯性效应；混凝上；可压缩性中图分类号：TU528文献标识码：A文章编号：1674―3024（2015）10―195―02前言应力，θ表示试件惯性效应引起的附加轴向应力。2

2、随着我国建筑行业的飞速发展和壮大，在动态荷载的作用2具有可压缩性的Gorham公式下，混凝土结构发生的力学响应，已经成为整个工程界重点研究的问题。SHPB试验是对材料动态力学性能进行研究的重要混凝土材料较为脆弱，弹性变形是造成极限破坏变形的重手段，SHPB全称为splitHopkinsonpressurebar。但是，从目前要原因之一。再加上混凝土具有很多的弱点，例如孔洞缝隙等来看，混凝土的SHPB试验中惯性效应的问题研究还不够充分，等，这些缺陷导致其出现严重的体积可压缩性。Gorham公式的标准尚不够完善，不利于试验结果的正确性和可靠性。材料是在不可压

3、缩性的基础上进行试验的，在实际应用中是不可取的。本文针对这一现象，进行改进，分析并研究具有可压1Gorham惯性效应公式缩性的Gorham公式，利用原有的坐标形式，在能量平衡法的基一般在混凝土SHPB试验中采用的试件形状多为圆柱形，础上，对Gorham公式进行新的推导。如下面的公式：所以，分析研究时往往通过柱坐标系也就是轴对称问题处理。Μ&+Ν&=ΤVdS（4）∫snn试验装置惯性效应可以参照如下模型分析图（见图1）。在此公式中，M&表示试件的动能，N&表示试件的变形能，S用来表示试件两加载端的表面积，T则表示作用在S上的外n力，V则表示与外力相对的速度

4、。n将不同横截面中的试件的轴向应变率假设均匀，速度场就可以按照如下的计算方式来计算。u(z−s)v=−−v（5）zh图1试验装置惯性效应模型分析图μur图1中的阴影部分为分析微元。其中的（r，θ，z）为惯v=r性坐标系，（r，θ，z′）为附在移动试件上的坐标系。θ1、θh2为作用在试件两端的不同压力值，也就是试件两端面应力的实在此公式中，vz表示轴向速度，vr则表示径向速度，s际数值。μ为自上而下的变形速度，v则为整体速度。a是某段表示两坐标系之时间内试件的长度和半径。间的位移，μ表示泊松比。Gorham基于能量平衡法，具有较为综合的模型。计算动能的公式

5、为：2222θ=θ+⎛ha⎞⎛ha⎞2ρhν&（1）(v2+v2)ρdV10ρ⎜⎜+⎟⎟ε&&+ρ⎜⎜−⎟⎟ε&+∫zr⎝38⎠⎝316⎠2M=v（6）⎛a2h2⎞⎛a2h2⎞ρhv&2θ2=θ0+⎜⎟&&⎜⎟&2ρ⎜−⎟ε+ρ⎜+⎟ε−DM⎝86⎠⎝616⎠2M&=Dtθ+θ⎛h2a2⎞⎛h2a2⎞（2）计算变形能的公式为：12⎜⎟⎜⎟2θ==θ+ρ+ε&&+ρ−ε&z20⎜128⎟⎜1216⎟⎝⎠⎝⎠DN2222N&==θdV（7）⎛ha⎞⎛ha⎞∫ijijθ=ρ⎜+⎟ε&&+ρ⎜−⎟ε&2（3）DtVi⎜128⎟⎜1216⎟⎝⎠⎝⎠在这个公式中，表

6、示微元的应力张量，d表示变形率θijij在上述三组公式中，ε&&表示真实应变加速度，ε&则表示即张量。时真实应变率，ρ表示试验材料的密度，θ0表示试件实际的在公式（6）和（7）中分别代入公式（5），通过Samantaθ以及Gorham一样可以获得如下的推导公式。承载应力值，表示通过两端面实测应力计算得到的平均轴向11952015年第10期建筑建材装饰应用研究⎡22&&2()23&&⎤与加载速度的变化成正比。&2μauuhuuμμ+1auhuv3huv（8）M=πaρ⎢++++⎥⎣2h32h22⎦在加载条件不变的情形下，使用上述实验数据继续进行研N&=πa

7、2uθ究分析，改进后的Gorham公式中试件的外形一旦发生变化，就（9）0会导致整体惯性应力发生相应的变化。主要由以下三种计算情（10）况。第一种就是将1设为试件长径比，试件直径的变化范围是22TvdS=πaθ(u+v)−πaθv∫nn12s21mm-74mm。第二种就是将74mm作为试件的长度，变化范围有轴向动力公式为：设在1-5之间。第三种就是将74mm作为试件的直径，变化范u&h围是0.3-1。试件的尺寸在上述三种计算下，虽然方式不同，最θ−θ=ρ(−−v&h)（11）212终却都会变成φ74X74mm。第一种方法可以计算试件的整体比将这三个公式代

8、入到公式（4）中，与公式（11）组成联立例尺寸不同的情况下整体惯性应力的变化。第