闫东明!林皋"混凝土动力试验设备的发展现状与展望水科学与工程技术 3!""7年第1期
围为1#8s-1
Gomez等人 19 采用类似的试验装置进行动载试验 采用的试件为直径25.4mm 厚6.4mm的圆盘 得到的应变速率达到200s-1
Ross等人 20 利用此类设备 用气枪作为动力源 采用直径51mm 高51mm的圆柱体试件进行压缩和劈拉的动态试验 得到应变速率范围为1#10s-1
Malvern等人 21 采用SHPB试验装置对直径76mm 高76mm的圆柱体试件进行动态试验 得到的应变速率范围为10-3#102s-1
Rossi等人 22 利用落锤作为动力 借用Hopkinson杆进行动力试验 通过调整落锤与杆底部垫层的厚度来调整作用在试件上的应变速率 得到了加载速率范围为1#
80GPa/s 其相应的应变速率范围为0.01#1s-1
利用SHPB试验装置可以方便地记录加载脉冲的应力 应变 应力 时间 应变率 试件的动态曲线 研究应变率敏感材料的动态特性和应变率历史等 SHPB技术在材料的动力特性测试方面取得了广泛并成功的应用 与金属相比 混凝土材料的SHPB试验有一定难度 !混凝土材料组分的均匀性较差 "混凝土材料弹性变形较小 #混凝土材料离散性大 SHPB试验中假设试件内部应力处处相等 要求试件尽可能小一些 而试件均匀性要求混凝土试件尺寸不能太小 早先Hopkinson压杆的直径通常为25mm 37mm等 在20世纪90年代逐渐研制出了较大直径 如51mm和
76mm 的SHPB试验系统 我国的研究者也做了这方面的工作 中国科学院力学研究所研制的SHPB装置 压杆的直径为30mm 拉杆的直径为20mm 可以实现的应变速率范围为102#104s-1 中国科学技术大学研制出直锥变截面式SHPB试验装置 压头直径可达574mm 王道荣等人利用此设备进行动态压缩试验 应变速率分别为23 35 46和60s-1
一些研究者在Hopkinson压杆试验装置的基础上 通过附加侧向的压力 来完成动态的三轴试验
Martin 23 在Hopkinson冲击杆装置的基础上 在试件周围施加液体压力 从而进行动态的三轴试验 实现的围压从1.72#6.89MPa不等 实现的应变速率达到102s-1
!"#射弹试验装置
为了获得较高的加载速率 一些研究者借用其他的
试验装置对材料进行动载试验 射弹试验装置利用分子量级的气体 例如氢气 氮气等 驱动 进行高速 几百至几千m/s范围内 碰撞试验的专用设备 试验时将飞片粘贴于弹丸上 高压气体的突然释放推动弹丸沿抽成真空的炮管运动 当高速的弹丸碰撞到靶板时 产生一个较高的压力脉冲 由应力量计记录一组压力信号 不同的撞击速度产生不同的压力峰值 根据这一系列压力信号 进行材料的动态特性分析
北京理工大学宁建国等人 24 选用一级轻气炮试验装置 炮口口径为101mm 弹速误差为<5$ 炮管长度为17m 弹速为20%1400m/s 对直径70mm 厚5mm的圆板形混凝土试件进行动态试验 得到混凝土材料的应变率响应范围为
104#105s-1
以色列的Dancygier等人
25
采用此类装置对高强混凝
土进行动态冲击试验 通过气枪对弹头进行加速 射向设
置在一定距离的混凝土板从而进行冲击破坏 试件采用
宽400mm 厚分别为40mm和60mm的正方形混凝土板 弹头的速度达到85m/s和230m/s 得到的应变速率为
103#104s-1
美国的Grotes等人 17 采用类似的试验装置将直径
76.2mm 厚10mm的圆盘置于射弹的前部 进行冲击试验 用氦气对弹头进行加速 研究的应变速率量级为104s-1
这一类设备原理简单 易于改造 适用的应变速率范围较大 适应能力强 有着良好的发展前景
!"$其他动力试验设备
Gran等人 26 在1988年利用爆炸气体做动力分别施加在轴向和径向 对直径149.2mm 高301.6mm的圆柱体进行动载试验 得到的应变速率范围为0.02#20s-1 %
结论及展望
混凝土材料的动态性能研究到目前为止已经取得了重大的研究成果 多种动力试验设备的应用已经取得了丰富的经验 从混凝土材料实际应用来看 在不同的荷载情况下 混凝土材料的响应应变速率有很大的差距 在蠕变条件下混凝土的应变率在10-9#10-6s-1之间 拟静态加载速率在
10-5#10-4s-1之间 地震荷载在10-3#10-2s-1之间 冲击荷载在1#102s-1之间 爆炸荷载下的应变速率在102#103s-1之间 针对所研究问题的不同 选用相应的动力试验设备
随着机械制造水平 电子控制水平等相关学科的发展 动力设备的性能也会得到大的提高 随着研究的深入 混凝土材料动态性能的研究将会逐渐从单轴应力状态向多轴应力状态发展 这将会进一步推动混凝土动力试验设备的进步
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