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在高速冲击荷载下,由于应力波的传播和反射叠加,将在结构构件中形成拉应力区,导致结构材料在加载面的背面发生动态拉伸破坏,即层裂。水泥基材料抗拉强度低于其抗压强度,更易发生层裂。超高韧性水泥基复合材料UHTCC(Ultra High Toughness Cementitious Composites)在静态荷载下表现出了优异的拉伸性能,但其在高速动态荷载下的拉伸性能尚不明确。因此,研究UHTCC的层裂性能可以增进对UHTCC动态拉伸性能的了解,同时也为UHTCC材料在高速冲击荷载下的应用提供试验支撑。
利用改装的φ80mm Hopkinson杆试验装置,研究了UHTCC中应力波的传播特性和材料的层裂性能,并通过扫描电镜技术分析了UHTCC层裂表现的微观机理。主要工作和成果如下:
(1)利用改装的Hopkinson杆试验装置研究了UHTCC中应力波的传播规律,并对试验方法和数据处理做了讨论。利用实测波形计算了UHTCC中的应力波波速,为3.060km/s。试验发现UHTCC中应力波峰值衰减显著,通过指数拟合得到UHTCC中应力波的衰减系数在1.976m-1-3.221m-1之间。探讨了通过试验测试朱-王-唐本构参数的方法。
(2)采用层裂试验测试了UHTCC在0.2、0.3、0.4、0.5MPa打击气压下的层裂性能。分析了UHTCC的层裂破坏特征和破坏过程,计算得到UHTCC的动态弹性模量为16.8GPa。编写MATLAB小程序,采用图解法计算了UHTCC的层裂强度,与打击气压呈正相关,具有明显的应变率效应,当应变率从15s-1增加到35s-1时,UHTCC的层裂强度从8MPa增长到23MPa。
(3)应用扫描电镜观察了UHTCC层裂断面的微观形貌。总结了基体、PVA纤维、钢纤维的破坏模式,发现PVA纤维在高打击气压下出现碾压破坏和组合破坏这两种少见的破坏模式,结合高速摄影拍摄的层裂过程,分析了这两种破坏模式的成因。基于微观观察分析了UHTCC层裂强度率效应的内在机理。
利用改装的φ80mm Hopkinson杆试验装置,研究了UHTCC中应力波的传播特性和材料的层裂性能,并通过扫描电镜技术分析了UHTCC层裂表现的微观机理。主要工作和成果如下:
(1)利用改装的Hopkinson杆试验装置研究了UHTCC中应力波的传播规律,并对试验方法和数据处理做了讨论。利用实测波形计算了UHTCC中的应力波波速,为3.060km/s。试验发现UHTCC中应力波峰值衰减显著,通过指数拟合得到UHTCC中应力波的衰减系数在1.976m-1-3.221m-1之间。探讨了通过试验测试朱-王-唐本构参数的方法。
(2)采用层裂试验测试了UHTCC在0.2、0.3、0.4、0.5MPa打击气压下的层裂性能。分析了UHTCC的层裂破坏特征和破坏过程,计算得到UHTCC的动态弹性模量为16.8GPa。编写MATLAB小程序,采用图解法计算了UHTCC的层裂强度,与打击气压呈正相关,具有明显的应变率效应,当应变率从15s-1增加到35s-1时,UHTCC的层裂强度从8MPa增长到23MPa。
(3)应用扫描电镜观察了UHTCC层裂断面的微观形貌。总结了基体、PVA纤维、钢纤维的破坏模式,发现PVA纤维在高打击气压下出现碾压破坏和组合破坏这两种少见的破坏模式,结合高速摄影拍摄的层裂过程,分析了这两种破坏模式的成因。基于微观观察分析了UHTCC层裂强度率效应的内在机理。