• ISSN 1001-1455  CN 51-1148/O3
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脆性材料中应力波衰减规律与层裂实验设计的数值模拟

巫绪涛 廖礼

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引用本文: 巫绪涛, 廖礼. 脆性材料中应力波衰减规律与层裂实验设计的数值模拟[J]. 爆炸与冲击, 2017, 37(4): 705-711. doi: 10.11883/1001-1455(2017)04-0705-07
Wu Xutao, Liao Li. Numerical simulation of stress wave attenuation in brittle material and spalling experiment design[J]. Explosion And Shock Waves, 2017, 37(4): 705-711. doi: 10.11883/1001-1455(2017)04-0705-07
Citation: Wu Xutao, Liao Li. Numerical simulation of stress wave attenuation in brittle material and spalling experiment design[J]. Explosion And Shock Waves, 2017, 37(4): 705-711. doi: 10.11883/1001-1455(2017)04-0705-07

脆性材料中应力波衰减规律与层裂实验设计的数值模拟

doi: 10.11883/1001-1455(2017)04-0705-07
详细信息
    作者简介:

    巫绪涛(1971-),男,博士,副教授,wuxvtao@sina.com

  • 中图分类号: O346.1

Numerical simulation of stress wave attenuation in brittle material and spalling experiment design

  • 摘要: 对混凝土、岩石类脆性材料的层裂实验进行了有限元模拟,研究了应力波在此类材料中传播的衰减规律,包括两类机制:弹性波因大尺寸试样的几何弥散产生的小幅度线性衰减、与应变率相关的黏塑性波因本构关系导致的指数衰减。在此基础上,提出了包含常数项的指数型应力波峰值拟合公式。建议采用可以忽略应力波衰减影响的细长形试样进行层裂实验。混凝土类脆性材料层裂破坏模拟结果显示,有限元模拟得到的层裂片厚度与一维应力波理论得到的结果非常吻合,验证了按一维应力波理论确定层裂强度的实验方法的有效性。通过对比3种不同入射波形下层裂片的形状和净拉应力波形,发现不对称的入射波形状更有利于实验获得平直的层裂断面和较准确的层裂强度。
  • 图  1  层裂实验装置简图

    Figure  1.  Scheme of spalling experiment

    图  2  花岗岩试样层裂实验

    Figure  2.  Spalling experiment of granite specimen

    图  3  试样中的透射波

    Figure  3.  Transmission wave of specimen

    图  4  层裂强度处理方法示意

    Figure  4.  Spalling strength processing method

    图  5  短历时应力波在线弹性材料中的衰减规律

    Figure  5.  Attenuation of short duration stress wave in linear elastic material

    图  6  短历时应力波在HJC模型材料中的衰减规律

    Figure  6.  Attenuation of short duration stress wave in HJC material

    图  7  应力波在细长混凝土试样中的衰减规律

    Figure  7.  Attenuation of stress wave in slender concrete specimen

    图  8  采用有限元方法得到的层裂片厚度

    Figure  8.  Scab thicknesses obtained by finite element method

    图  9  由一维应力波理论得到的层裂片厚度

    Figure  9.  Scab thickness by one-dimensional stress wave theory

    图  10  层裂实验中的不规则断面

    Figure  10.  Irregular cross-section in spalling experiment

    表  1  HJC模型参数

    Table  1.   Parameters of HJC constitutive model

    ρ/(kg·m-3) G/GPa fc/MPa A B C N Smax D1 D2
    2 400 14.86 48 0.79 1.6 0.007 0.61 7.0 0.04 1.0
    ˙ε0/s-1 εf, min T/MPa pc/MPa pl/GPa μc μl k1/GPa k2/GPa k3/GPa
    1×10-6 0.01 30 16.0 0.81 0.001 0.1 85 -171 208
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出版历程
  • 收稿日期:  2015-12-23
  • 修回日期:  2016-03-23
  • 刊出日期:  2017-07-25

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