陸　松， 許金余, 2， 羅　鑫， 董宗戈, 王宏偉

(1.空軍工程大學(xué) 機(jī)場建筑工程系，西安　710038；2. 西北工業(yè)大學(xué) 力學(xué)與土木建筑學(xué)院，西安　710072；3. 空軍裝備部，北京　100081; 4. 空防二處，沈陽　110000)

剛玉空心球混凝土動(dòng)態(tài)特性實(shí)驗(yàn)研究

陸松1， 許金余1, 2， 羅鑫1， 董宗戈3, 王宏偉4

(1.空軍工程大學(xué) 機(jī)場建筑工程系，西安710038；2. 西北工業(yè)大學(xué) 力學(xué)與土木建筑學(xué)院，西安710072；3. 空軍裝備部，北京100081; 4. 空防二處，沈陽110000)

采用φ100 mm分離式Hopkinson壓桿試驗(yàn)裝置研究了剛玉空心球混凝土(HCBC)和素混凝土(PC)在不同應(yīng)變率下的沖擊壓縮性能，動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度和臨界應(yīng)變與應(yīng)變率之間的關(guān)系;以材料本構(gòu)能的耗散定義損傷變量，分析了HCBC和PC的動(dòng)態(tài)損傷演化規(guī)律。結(jié)果表明，應(yīng)力-應(yīng)變曲線表現(xiàn)出明顯的三個(gè)階段：彈性區(qū)，平臺區(qū)和致密區(qū)，HCBC的三階段效應(yīng)比PC更加明顯，表明HCBC脆性小，韌性大；這兩種混凝土的動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度和臨界應(yīng)變與應(yīng)變率成線性關(guān)系，并給出了經(jīng)驗(yàn)公式，表明HCBC是一種率相關(guān)的增強(qiáng)增韌材料;HCBC和PC的損傷發(fā)展可以歸納為三個(gè)階段：損傷未發(fā)展，損傷穩(wěn)定發(fā)展和損傷不穩(wěn)地發(fā)展；損傷應(yīng)力檻值和損傷檻值與應(yīng)變率變化關(guān)系不大，損傷應(yīng)力最大閥值和損傷最大閥值隨應(yīng)變率增大而增大，而且HCBC的損傷應(yīng)力檻值低于PC的，表明HCBC的韌性較好。這為HCBC作為軍事防護(hù)工程分配層的填充材料提供了理論指導(dǎo)。

剛玉空心球混凝土；分離式霍普金森壓桿；動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度；臨界應(yīng)變；損傷發(fā)展

空心球材料[1]是一種新型材料。它具有較大內(nèi)部空間的結(jié)構(gòu)特征，是一種厚度在納米范圍內(nèi)的殼層材料。能夠作為輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料、電絕緣和隔熱材料、催化劑載體、顏料等。氧化鋁材料具有優(yōu)良的物理化學(xué)性能，如硬度高，強(qiáng)度大和耐磨等。剛玉空心球(Hollow Corundum Ball Concrete，HCBC)集合了空心球及氧化鋁的優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景，在軍事防護(hù)工程中，剛玉空心球混凝土是應(yīng)用于結(jié)構(gòu)分配層的理想填充材料。

目前關(guān)于HCBC的研究多集中在剛玉空心球的制備方面。張國棟等[3]對低水泥結(jié)合氧化鋁空心球輕質(zhì)澆注料可行性進(jìn)行了研究，表明了制備HCBC的可行性。張玲利等[4]以不同粒度氧化鋁空心球?yàn)樵?，以由二氧化硅微粉形成的凝膠為結(jié)合劑，制成了氧化鋁空心球澆注料。孫廣坦等[5]對HCBC的配置、物理及靜態(tài)力學(xué)性能進(jìn)行了探索性的研究，表明HCBC具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、吸能性較好的優(yōu)異性能。Eibl等[6]在試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上, 發(fā)展了混凝土的損傷演化方程, 建立了考慮應(yīng)變歷史的率相關(guān)混凝土動(dòng)態(tài)本構(gòu)模型, 并對試驗(yàn)過程進(jìn)行了全過程分析; Burlion等[7]在混凝土Hopkinson單軸動(dòng)力抗拉抗壓試驗(yàn)的基礎(chǔ)上, 建立了考慮應(yīng)變率效應(yīng)的混凝土單軸動(dòng)力抗拉抗壓損傷本構(gòu)模型，王道榮等[8]根據(jù)混凝土的沖擊壓縮試驗(yàn),用“損傷凍結(jié)”方法研究混凝土的損傷演化效應(yīng),并給出了混凝土的損傷演化方程,建立了混凝土的損傷型黏彈性本構(gòu)模型。肖詩云等[9]進(jìn)行了不同應(yīng)變率載荷作用下混凝土單軸抗拉損傷試驗(yàn),研究了應(yīng)變率對混凝土單軸抗拉損傷特性的影響。關(guān)于混凝土損傷的研究比較多，但是關(guān)于混凝土損傷演化規(guī)律，尤其是關(guān)于應(yīng)變率對損傷演化規(guī)律的影響的研究并不多見。不同狀態(tài)下混凝土的動(dòng)態(tài)特性已有一定的研究[10-11]，但是關(guān)于HCBC的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能及其動(dòng)態(tài)損傷規(guī)律的研究暫無公開文獻(xiàn)報(bào)道，本文利用Ф100 mm分離式霍普金森壓桿(Split Hopkinson Pressure Bar，SHPB)裝置對HCBC和PC(Plain Concrete)進(jìn)行沖擊壓縮試驗(yàn),依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,分析了應(yīng)變率對抗壓強(qiáng)度和臨界應(yīng)變的影響，以材料本構(gòu)能的耗散定義損傷，研究了這兩種混凝土在不同應(yīng)變率載荷作用下的損傷演化規(guī)律。

1實(shí)驗(yàn)研究

1.1原材料及配合比

(1) 水泥：選用陜西耀縣秦嶺牌42.5R P·O 水泥，其28 d的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度分別為48.6 MPa和8.9 MPa；

(2) 剛玉空心球：蘇州羅卡節(jié)能科技有限公司生產(chǎn)的剛玉空心球。主要化學(xué)成分為Al2O3，直徑為3～5 mm，常溫耐壓強(qiáng)度為50 N，混凝土體積摻量為20%；

(3) 微硅粉：成都布氏機(jī)械工程有限公司生產(chǎn)的直徑為0.1～0.15 μm、比表面積為15～27 m2/g 硅灰，SO2含量為85%～95%的硅灰；

(4) 減水劑：廣州建寶新型建材有限公司生產(chǎn)的減水率為20%的粉狀FDN 高效復(fù)合減水劑，按水泥質(zhì)量的1%摻加；

(5) 粉煤灰：選用韓城電廠F 類(低鈣)Ι級粉煤灰， 45 μm 篩余為2%，需水量比為89%，燒失量為3.0%；

(6) 細(xì)骨料：選用容重為2 630 kg/m3、細(xì)度模數(shù)為2.78、堆積密度為1.50 kg/L、含泥量為1.1%的灞河中砂；

(7) 粗骨料：選用涇陽縣容重為2 700 kg/m3的石灰?guī)r碎石(5～10 mm，15%；10～20 mm，85%)。

其配合比見表1。

1.2試件的準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)性能

根據(jù)表1的配合比，澆筑了標(biāo)準(zhǔn)立方體試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d后，采用經(jīng)改進(jìn)后的HYY 系列電液伺服材料系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)得到其準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)性能，結(jié)果見表2。

表1　混凝土配合比

表2　試件的準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)性能

1.3動(dòng)力試件制作

針對空心球材料的特點(diǎn)，為改善其與水泥漿體的黏結(jié)，防止HCBC出現(xiàn)離析、分層，，確定采用“裹砂石法”攪拌流程。提前將FDN和水?dāng)嚢杈鶆虼茫瑪嚢栝_始：① 將粉煤灰、硅灰和一半的水泥一起攪拌成均勻混合灰(30 s)；② 添加3/4的FDN水?dāng)嚢璩苫覞{(30 s)；③ 將砂加入攪拌(30 s)；④ 將石加入攪拌(30 s)；⑤ 將1/4的FDN水和一半的水泥加入攪拌(120 s)，成為均勻的拌合物，出鍋后，人工邊灑剛玉空心球邊攪拌，直到成為均勻拌合物。澆注完成后的試件置于室內(nèi)靜置24 h后，對試件進(jìn)行脫模、編號，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d后把試件從標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室取出。一般動(dòng)力試件打磨要求為：直徑為99±1 mm、長度為49.5±1 mm的標(biāo)準(zhǔn)試件，并且表面不平行度不能大于0.02 mm。由于剛玉空心球的直徑為3～5 mm，在打磨試件時(shí)會(huì)在表面留下許多球狀的孔洞，其表面的精度可以不考慮這些孔洞的影響，動(dòng)力試件打磨后的情況見圖1。

圖1　動(dòng)力試件打磨后 Fig.1 Dynamic specimen after polishing

1.4實(shí)驗(yàn)裝置及其工作原理

采用Ф100 mm的分離式SHPB試驗(yàn)裝置，系統(tǒng)主要包括主體設(shè)備，氣源和量測設(shè)備3大部分。其裝置見圖2。

圖2　Ф100 mm SHPB實(shí)驗(yàn)裝置Fig.2 100-mm-diameter split Hopkinson pressure bar (SHPB) apparatus

試驗(yàn)中采用H62黃銅作為波形整形器，其作用是消除由于大尺寸Ф100 mm裝置彌散效應(yīng)產(chǎn)生的應(yīng)力波波頭的過沖和波形的震蕩，同時(shí)可將上升沿拉長，可以得到材料真實(shí)的響應(yīng)特性[12]。

(1)

式中：E為桿的彈性模量；c為桿中波速；A、As分別為桿、試件的橫截面積；ls為試件的初始厚度[14]。

1.5實(shí)驗(yàn)結(jié)果

利用SHPB裝置分別對PC和HCBC進(jìn)行動(dòng)態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)，分別得到這兩種混凝土在不同應(yīng)變率作用下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線見圖3。

圖3　不同應(yīng)變率下混凝土應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig.3 Stress-strain curves of concrete at different strain rates

由圖3可知，HCBC在不同應(yīng)變率下表現(xiàn)出明顯的三個(gè)階段：彈性區(qū)，平臺區(qū)和致密區(qū)。彈性區(qū)是由混凝土基體材料孔壁(骨架)和剛玉空心球支撐引起的，孔壁和剛玉空心球屈服形成平臺區(qū)，坍塌的孔壁碎塊及剛玉空心球進(jìn)一步壓縮形成致密區(qū)。應(yīng)變率39.8 s-1,61.1 s-1,101.2 s-1對應(yīng)的平臺區(qū)平均應(yīng)力分別為3.2 MPa, 12.3 MPa, 17.8 MPa, 隨著應(yīng)變率的增大平臺區(qū)應(yīng)力增大，平臺區(qū)時(shí)間縮短，這主要是因?yàn)樵诟邞?yīng)變率作用下，基體材料孔壁處大量微裂紋來不及擴(kuò)展，遲緩的屈服坍塌受到剛玉空心球的應(yīng)變率增強(qiáng)效應(yīng)的影響，第二階段平臺區(qū)應(yīng)力增大，時(shí)間縮短。PC的彈性區(qū)和平臺區(qū)表現(xiàn)得不明顯，混凝土材料的破壞主要由準(zhǔn)微觀脆性指數(shù)決定[15]。在混凝土中摻入剛玉空心球后，能夠有效降低準(zhǔn)微觀脆性指數(shù)，從而使得HCBC的脆性降低，延性增大，HCBC的三階段效應(yīng)更加明顯。

2動(dòng)態(tài)特性分析

2.1動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度

動(dòng)態(tài)增長因子(Dynamic Increase FHCBCtor，DIF)是混凝土的動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度與準(zhǔn)靜態(tài)抗壓強(qiáng)度的比值。通過對圖3的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，PC和HCBC的DIF隨平均應(yīng)變率的變化情況見圖4。

圖4　動(dòng)態(tài)增長因子(DIF)隨平均應(yīng)變率的變化情況Fig.4 DIF changes with average strain rate

由圖4可知，這兩種混凝土的DIF都隨平均應(yīng)變率的增大而增大，HCBC在應(yīng)變率101.2 s-1下的DIF是應(yīng)變率39.8 s-1的1.38倍，PC在應(yīng)變率103.3 s-1下的DIF是應(yīng)變率26.7 s-1的1.47倍。這主要是因?yàn)榛炷羶?nèi)部本身存在很多微裂縫和微孔洞，在準(zhǔn)靜態(tài)和低應(yīng)變率情況下，混凝土的破壞可以認(rèn)為是主裂紋的萌生和擴(kuò)展的過程，混凝土在凝固硬化過程中產(chǎn)生了大量的原始裂紋，主要位于過渡相區(qū)，載荷加載初期，由于混凝土內(nèi)部局部位置應(yīng)力集中產(chǎn)生了拉應(yīng)力，部分原始裂紋開始擴(kuò)展，載荷繼續(xù)增加后，相鄰裂紋相互貫通形成較長主裂縫，裂縫繼續(xù)擴(kuò)展，從而形成宏觀裂縫。而在高應(yīng)變率作用下，由于加載速率非?？?，萌生的原始裂紋來不及沿薄弱界面貫通，會(huì)在混凝土內(nèi)部同時(shí)產(chǎn)生大量微裂紋，由于產(chǎn)生微裂紋的比裂紋的擴(kuò)展的破壞應(yīng)力大得多，從而使得DIF隨著平均應(yīng)變率的增大而增大。

同時(shí)，在同一應(yīng)變率作用情況下HCBC的DIF比PC的高，并且隨著應(yīng)變率的增加，提高的幅度越大。主要是由于在HCBC內(nèi)部用剛玉空心球取代了部分基體，在高應(yīng)變率作用下，剛玉空心球在內(nèi)部阻斷了微裂紋的擴(kuò)展，延緩了裂紋之間的貫通，同時(shí)降低了萌生微裂紋的密度，從而使得HCBC比PC的DIF隨應(yīng)變率增加而提高的幅度更大。

按照一般經(jīng)驗(yàn)公式[15]，對動(dòng)態(tài)強(qiáng)度增長因子與應(yīng)變率對數(shù)之間的關(guān)系進(jìn)行近似線性函數(shù)擬合，PC和HCBC的DIF擬合公式如式(2)和式(3)所示。

(2)

(3)

經(jīng)計(jì)算，式(2)和式(3)直線與實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的相關(guān)性分別為97.3%和95.8%，擬合直線比較合理。

2.2臨界應(yīng)變

臨界應(yīng)變是指混凝土破壞時(shí)發(fā)生的應(yīng)變。通過對圖3的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，PC和HCBC的臨界應(yīng)變隨平均應(yīng)變率的變化情況見圖5。

圖5　臨界應(yīng)變隨平均應(yīng)變率的變化情況Fig. 5 Critical strain changes with average strain rate

由圖5可知，這兩種混凝土的臨界應(yīng)變隨著應(yīng)變率的增大而線性增加，表現(xiàn)出明顯的沖擊增韌效應(yīng)，HCBC在應(yīng)變率101.2 s-1下的臨界應(yīng)變是應(yīng)變率39.8 s-1的3.66倍，PC在應(yīng)變率103.3 s-1下的DIF是應(yīng)變率26.7 s-1的3.58倍。?；炷恋钠茐氖怯捎诹鸭y的產(chǎn)生和擴(kuò)展引起的，產(chǎn)生裂紋所需要的能量比擴(kuò)展裂紋需要的能量大得多，在高應(yīng)變率下混凝土產(chǎn)生了更多了裂紋，因而需要的能量更大，因而混凝土的臨界應(yīng)變更大。當(dāng)平均應(yīng)變率在64 s-1以下時(shí)，HCBC的臨界應(yīng)變比PC的大，而當(dāng)平均應(yīng)變率在64 s-1以上時(shí)，則相反。這主要是因?yàn)樵诘蛻?yīng)變率情況下，剛玉空心球在基體內(nèi)能夠充分變形，從而使得混凝土的韌性變大，而在高應(yīng)變率情況下，剛玉空心球未來得及充分變形，混凝土基體就產(chǎn)生了破壞。PC在低應(yīng)變率情況下，其臨界應(yīng)變隨著應(yīng)變率的變化具有極小值的特征，這主要是因?yàn)镻C隨著應(yīng)變率增加壓密程度逐漸增加，并且壓密程度在35s-1情況下達(dá)到最大。對臨界應(yīng)變與應(yīng)變率之間的關(guān)系進(jìn)行線性擬合，其結(jié)果如式(4)和式(5)所示。

(4)

(5)

經(jīng)計(jì)算，式(4)和式(5)直線與實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的相關(guān)性分別達(dá)到95.4%和98.7%，擬合直線比較合理。

由此可見，HCBC是一種率相關(guān)的增強(qiáng)增韌材料。

3動(dòng)態(tài)損傷特性分析

在損傷力學(xué)分析方法中，需要選擇合適的損傷變量描述材料的受損程度，但是損傷變量的定義和損傷演化方程的確定存在許多困難。國內(nèi)外眾多研究者分別從微觀、細(xì)觀及宏觀等方面定義了損傷變量[16]，如裂紋密度，力學(xué)指標(biāo)的退化、疲勞壽命、彈性模量衰減等方法。本文根據(jù)混凝土本構(gòu)能的耗散定義損傷變量[17]，在加載過程中，混凝土的損傷引起能量的耗散和剛度的降低，其損傷破壞是一個(gè)能量的積累和耗散的過程，本構(gòu)能是混凝土性能的綜合指標(biāo)，因此，根據(jù)本構(gòu)能的耗散定義損傷變量更加具有意義。定義ψ為材料的本構(gòu)能，φ為材料的耗散能密度，φ為損傷材料的變形能，D為損傷變量[18]：

ψ=φ+φ

(6)

(7)

文獻(xiàn)[17]中定義本構(gòu)能為材料變形斷裂過程中所消耗的能量。靜載作用下本構(gòu)能只與材料性質(zhì)有關(guān)。當(dāng)外載荷提供的能量大于材料本構(gòu)能時(shí)，材料單元發(fā)生破壞，在實(shí)驗(yàn)得到應(yīng)力-應(yīng)變曲線的基礎(chǔ)上，即可計(jì)算得到材料的本構(gòu)能和耗散能密度。為了合理描述材料的損傷演化規(guī)律，首先定義了以下概念：

(1) 應(yīng)力比(Stress Ratio, SR)：瞬時(shí)應(yīng)力與峰值應(yīng)力的比值；

(2) 損傷增長速率(Velocity of Damage,VD)：損傷相對于應(yīng)力比的比值；

(3) 損傷應(yīng)力檻值和損傷檻值：損傷開始穩(wěn)定發(fā)展時(shí)(VD=0.1)對應(yīng)的應(yīng)力定義為損傷應(yīng)力檻值，其損傷值為損傷檻值；

(4) 損傷應(yīng)力最大閥值和損傷最大閥值：損傷開始不穩(wěn)定發(fā)展時(shí)(VD=1)對應(yīng)的應(yīng)力為損傷應(yīng)力最大閥值，其損傷值為損傷最大閥值。

通過對材料損傷-應(yīng)力關(guān)系曲線分析，PC和HCBC的分析結(jié)果見表3和表4。

表3　不同應(yīng)變率下PC損傷檻值和損傷最大閥值

由表3和表4可知，這兩種混凝土的損傷應(yīng)力檻值和損傷檻值與應(yīng)變率變化關(guān)系不大，且損傷檻值基本在0.05附近，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到損傷應(yīng)力檻值時(shí)，混凝土內(nèi)部應(yīng)力集中使得基體萌發(fā)新的微裂紋或剛玉空心球屈服變形后，混凝土損傷開始穩(wěn)定發(fā)展，由此可知，損傷應(yīng)力檻值和損傷檻值主要與基體材料的自身屬性有關(guān)，而與應(yīng)變率的大小關(guān)系不大。HCBC的損傷應(yīng)力檻值低于同等應(yīng)變率條件下PC的，在混凝土基體內(nèi)加入一定量剛玉空心球后，由于剛玉空心球的彈性變形較大，在剛玉空心球變形過程中會(huì)萌發(fā)大量微裂紋，從而使得HCBC的損傷應(yīng)力檻值低于PC的。

表4　不同應(yīng)變率下HCBC損傷檻值和損傷最大閥值

損傷應(yīng)力最大閥值和損傷最大閥值隨著應(yīng)變率增大而增大，對于PC，應(yīng)變率103.3 s-1對應(yīng)的損傷最大閥值是應(yīng)變率26.7 s-1的3.03倍；對于HCBC，應(yīng)變率101.2 s-1對應(yīng)的損傷最大閥值是應(yīng)變率39.8 s-1的2.17倍。隨著應(yīng)變率增大，由于混凝土內(nèi)部微裂紋來不及擴(kuò)展連通，高度應(yīng)力集中使得混凝土內(nèi)部萌發(fā)大量新的裂紋，從而使得混凝土的損傷應(yīng)力最大閥值和損傷最大閥值隨著應(yīng)變率的增大而增大。HCBC的損傷最大閥值高于同等應(yīng)變率條件下PC的，主要是因?yàn)閯傆窨招那蚰軌蜃钄辔⒘芽p的發(fā)展，使得HCBC在破壞前產(chǎn)生更多的微裂紋，從而混凝土內(nèi)部應(yīng)力更高。

圖6　不同應(yīng)變率下混凝土損傷-應(yīng)力比關(guān)系Fig.6 Relationship of damage variable and stress ratio at different strain rates

圖6為這兩種混凝土在不同應(yīng)變率下?lián)p傷值與應(yīng)力比的關(guān)系。由圖6可知，這兩種混凝土在不同應(yīng)變率下?lián)p傷-應(yīng)力比曲線比較相似，混凝土損傷經(jīng)歷的三個(gè)階段：第一階段，損傷未發(fā)展階段，這階段混凝土內(nèi)部新產(chǎn)生的損傷非常小，混凝土內(nèi)部積累的能量主要是變形能；第二階段，損傷穩(wěn)定發(fā)展階段，這階段混凝土內(nèi)部損傷隨著應(yīng)力增加穩(wěn)定發(fā)展，混凝土變形能開始向耗散能穩(wěn)定轉(zhuǎn)變，并且穩(wěn)定產(chǎn)生新的耗散能；第三階段，損傷不穩(wěn)定發(fā)展，這階段混凝土內(nèi)部損傷隨著應(yīng)力增加急劇增長，呈現(xiàn)不穩(wěn)地發(fā)展趨勢，混凝土內(nèi)部耗散能急劇增長。而且可以看出，這兩種混凝土在高應(yīng)變率情況下，損傷發(fā)展第二階段前期混凝土內(nèi)部損傷有一個(gè)跳躍階段，而且HCBC比PC更加明顯，這主要是因?yàn)楦邞?yīng)變率下，由于原始微裂縫和微孔洞來不及變形，混凝土內(nèi)部損傷經(jīng)歷第一階段后，混凝土內(nèi)部高度應(yīng)力集中，會(huì)在損傷第二階段前期新萌發(fā)大量微裂紋，使得混凝土損傷出現(xiàn)瞬間跳躍，HCBC的跳躍比PC更加明顯，通過剛玉空心球的變形消耗了材料的結(jié)構(gòu)耗散能，表明了HCBC的韌性較好。而且，在同一應(yīng)力比情況下，混凝土內(nèi)部損傷隨著應(yīng)變率增加而增大。

4結(jié)論

(1) 應(yīng)力-應(yīng)變曲線表現(xiàn)出明顯的三個(gè)階段：彈性區(qū)，平臺區(qū)和致密區(qū)，而且HCBC的三階段效應(yīng)比PC更加明顯，表明HCBC脆性小，韌性大；

(2) 隨著應(yīng)變率增加， HCBC和PC的抗壓強(qiáng)度與臨界應(yīng)變也隨著增加，且動(dòng)態(tài)增長因子(DIF)與應(yīng)變率對數(shù)近似成線性關(guān)系，臨界應(yīng)變與應(yīng)變率近似成線性分布，并給出了它們的經(jīng)驗(yàn)公式，表明HCBC是一種率相關(guān)的增強(qiáng)增韌材料；

(3) 以材料本構(gòu)能的耗散定義損傷，分析了HCBC和PC的動(dòng)態(tài)損傷演化規(guī)律， HCBC和PC的損傷發(fā)展可以歸納為三個(gè)階段：損傷未發(fā)展，損傷穩(wěn)定發(fā)展和損傷不穩(wěn)地發(fā)展；損傷應(yīng)力檻值和損傷檻值與應(yīng)變率變化關(guān)系不大，損傷應(yīng)力最大閥值和損傷最大閥值隨應(yīng)變率增大而增大，而且HCBC的損傷應(yīng)力檻值低于HCBC的，表明HCBC的韌性較好。為HCBC作為軍事防護(hù)工程分配層的填充材料提供了理論指導(dǎo)。

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Dynamic features experiment of hollow corundum ball concrete

LU Song1， XU Jin-yu1,2， LUO Xin1, DONG Zong-ge3, WANG Hong-wei4

(1. Department of Airfield and Building Engineering, Air Force Engineering University, Xi’an 710038, China;2. College of Mechanics and Civil Architecture, Northwest Polytechnic University, Xi’an 710072, China;3. Department of Air Force Equipment, Beijing 100081, China;4. The Second Department of Air Fore Antiaircraft Engineering, Shenyang 110000, China)

Dynamic compressive experiments of hollow corundum ball concrete (HCBC) and plain concrete (PC), under different stain rates, are carried out using a 100-mm-diameter split Hopkinson pressure bar apparatus. The relationship between dynamic compressive strength and strain rate is studied to identify critical strain. The dynamic evolution rule of HCBC and PC is analyzed with the loss vector of dissipation of material constitutive energy. The results show that the stress versus the strain curves exhibits three apparent stages: elastic, platform and density. This performance is more obvious in HCBC than in PC. The brittleness of HCBC is small, and the toughness is large. The dynamic compressive strength and critical stain increase with the increase of the strain rate, and the experiment relation is given. The results demonstrate that HCBC is reinforced and a tougher material with an obvious correlation with strain rate. The evolution development of HCBC and PC can be divided into three stages: no damage development, stable damage development and unstable damage development. The threshold of the damage-strain and damage has no relationship with the change in the strain rate, and the maximum threshold of damage-stress and damage increases with the increase in the strain rate. The threshold of the damage-stress of HCBC is lower than that for PC, which demonstrates that the toughness is better than that of PC. The results suggest that HCBC can be used for military defensive engineering’s distribution layer.

hollow corundum ball concrete (HCBC); spilt Hopkinson pressure bar (SHPB); dynamic compressive strength; critical strain; damage development

10.13465/j.cnki.jvs.2016.12.017

爆炸沖擊防災(zāi)減災(zāi)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題基金(DPMEIKF201406)

2015-05-18修改稿收到日期：2015-07-01

陸松 男，博士生，1990年生

許金余 男，教授，博士生導(dǎo)師，1963年生

TU528.01

A