鋼纖維混凝土力學(xué)性能和抗侵徹機理
鋼纖維混凝土是由細骨料、粗骨料、水泥以及亂向分布的鋼纖維組成的一種多相非均質(zhì)復(fù)合材料。由于鋼纖維的阻裂、增強效應(yīng),使得鋼纖維混凝土具有非常優(yōu)越的力學(xué)性能和抗侵徹性能,從而在防護工程中得到了日益廣泛的應(yīng)用。劉永勝等人采用實驗、理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法對鋼纖維混凝土的力學(xué)性能和抗侵徹機理進行了研究。 首先介紹了鋼纖維對混凝土的增強機理,根據(jù)鋼纖維混凝土實驗應(yīng)力應(yīng)變曲線的基本特性,從微裂紋、微孔隙的生成和發(fā)展的角度出發(fā),將混凝土的損傷演化過程分為預(yù)存微裂紋階段、微裂紋的起裂階段、微裂紋的穩(wěn)定擴展階段和不穩(wěn)定擴展階段,針對不同的階段分析了鋼纖維對混凝土的增強原理。并從復(fù)合材料力學(xué)、斷裂力學(xué)、界面力學(xué)的觀點出發(fā),闡述了鋼纖維混凝土的增強、增韌機理。 接著我們對鋼纖維混凝土開展了動靜態(tài)力學(xué)性能實驗。實驗表明鋼纖維混凝土是一種應(yīng)變率敏感材料,具有明顯的應(yīng)變率增強和纖維增強增韌效應(yīng)。在實驗應(yīng)力應(yīng)變曲線的基礎(chǔ)上,分析了鋼纖維含量和應(yīng)變率對材料強度及材料力學(xué)行為的影響,并提出了一種包含材料纖維增強效應(yīng)和應(yīng)變率增強效應(yīng)在內(nèi)的含損傷本構(gòu)關(guān)系。 侵徹實驗是研究材料抗侵徹性能最基本的手段之一。本文利用口徑為37mm的滑膛炮對鋼纖維體積含量為0.0%、3.0%、6.0%的鋼纖維混凝土靶板開展了侵徹實驗。實驗測得了侵徹彈的剩余速度,觀察到不同鋼纖維含量靶板的破壞形態(tài)。侵徹實驗表明鋼纖維混凝土具有很好的抗侵徹性能,其抗侵徹能隨著鋼纖維含量的提高而提高 基于空腔膨脹理論,對球頭桿彈侵徹鋼纖維混凝土靶板進行了工程近似分析。通過土盤模型和浮動鎖應(yīng)變假定,采用HJC(Holmquist-Johnson-cook)本構(gòu)模型,求解了剛性桿彈侵徹混凝土靶的動力學(xué)方程,由于HJC的強度模型中考慮了鋼纖維體積含量、靜水壓效應(yīng)和應(yīng)變率效應(yīng),狀態(tài)方程采用了分段式體積壓縮關(guān)系,因此計算結(jié)果與實驗結(jié)果吻合較好,同時還討論了初始彈速、鋼纖維含量等參數(shù)對侵徹深度的影響。
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