兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (12): 4339-4349.doi: 10.12382/bgxb.2023.1090
收稿日期:
2023-11-07
上线日期:
2024-03-05
通讯作者:
基金资助:
NING Jianguo, LI Yuhui, YANG Shuai, XU Xiangzhao*()
Received:
2023-11-07
Online:
2024-03-05
摘要:
在严寒或寒冷地区服役环境下,混凝土力学性能与常温状态下有很大的差异。为了研究低温服役环境下混凝土的动态力学性能,开展混凝土的冲击加载试验;考虑温度和应变率的影响,基于热激活能的损伤理论,引入温度效应,对低温混凝土冲击损伤规律进行分析;通过混合律原理、二相材料的圆球模型和应变率效应的结合,将低温混凝土各组分模量联系起来,得到混凝土的等效模量;在Drucker-Prager屈服准则中引入损伤,建立由温度和应变率为参数的损伤演化函数,进而提出低温服役混凝土的动态本构模型。研究结果表明:随着服役温度的降低,混凝土碎块尺寸明显增大,破坏程度降低,这一现象表明冰对孔隙裂缝有一定的粘结作用,随着温度的降低,这种粘结效果会加强,从而抑制冲击加载过程中损伤的发展;随着服役温度的降低,孔隙中冰的含量及模量增加,混凝土强度显著增加。
中图分类号:
宁建国, 李玉辉, 杨帅, 许香照. 冲击载荷作用下含损伤的低温混凝土本构模型研究[J]. 兵工学报, 2024, 45(12): 4339-4349.
NING Jianguo, LI Yuhui, YANG Shuai, XU Xiangzhao. Research on Constitutive Model of Low-temperature Concrete Subjected to Impact Load[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(12): 4339-4349.
温度/℃ | 20 | -10 | -20 | -30 |
---|---|---|---|---|
KT | 1.67×10-5 | 1.50×10-5 | 1.45×10-5 | 1.39×10-5 |
表1 温度相关的损伤修正因子
Table 1 Temperature-dependent damage correction factors
温度/℃ | 20 | -10 | -20 | -30 |
---|---|---|---|---|
KT | 1.67×10-5 | 1.50×10-5 | 1.45×10-5 | 1.39×10-5 |
参数 | 应变率/s-1 | ||
---|---|---|---|
100 | 200 | 300 | |
b | 2.92 | 2.81 | 2.49 |
c1 | 0.85 | 0.70 | 0.68 |
c2 | 0.62 | 0.54 | 0.60 |
表2 分段损伤参数
Table 2 Segmented damage parameters
参数 | 应变率/s-1 | ||
---|---|---|---|
100 | 200 | 300 | |
b | 2.92 | 2.81 | 2.49 |
c1 | 0.85 | 0.70 | 0.68 |
c2 | 0.62 | 0.54 | 0.60 |
模量 | 温度/℃ | |||
---|---|---|---|---|
20 | -10 | -20 | -30 | |
Ki/GPa | 5.793 | 6.423 | 7.083 | |
Gi/GPa | 2.655 | 2.955 | 3.255 |
表3 低温环境下冰的模量
Table 3 Modulus of ice at low temperatures
模量 | 温度/℃ | |||
---|---|---|---|---|
20 | -10 | -20 | -30 | |
Ki/GPa | 5.793 | 6.423 | 7.083 | |
Gi/GPa | 2.655 | 2.955 | 3.255 |
参数 | 数值 | 参数 | 数值 |
---|---|---|---|
φs | 0.84 | ω | 0.04 |
φw0 | 0.04 | θ | -0.203 |
Ks/GPa | 26.071 | ρi/(g·cm-3) | 0.917 |
Gs/GPa | 11.820 | ρw/(g·cm-3) | 1.000 |
Kw/GPa | 2.250 | λ1 | -0.083 |
Gw/GPa | 0.000 | λ2 | 0.027 |
表4 混凝土模量相关参数
Table 4 Related parameters of concrete modulus
参数 | 数值 | 参数 | 数值 |
---|---|---|---|
φs | 0.84 | ω | 0.04 |
φw0 | 0.04 | θ | -0.203 |
Ks/GPa | 26.071 | ρi/(g·cm-3) | 0.917 |
Gs/GPa | 11.820 | ρw/(g·cm-3) | 1.000 |
Kw/GPa | 2.250 | λ1 | -0.083 |
Gw/GPa | 0.000 | λ2 | 0.027 |
/s-1 | 温度/℃ | |||
---|---|---|---|---|
20 | -10 | -20 | -30 | |
100 | 28.669 | 24.356 | 24.112 | 24.897 |
200 | 32.167 | 28.507 | 28.245 | 28.750 |
300 | 39.887 | 34.122 | 33.965 | 34.857 |
表5 不同温度、应变率下混凝土的等效模量 E ¯ d
Table 5 Equivalent modulus E ¯ d of concrete at different temperatures and strain ratesGPa
/s-1 | 温度/℃ | |||
---|---|---|---|---|
20 | -10 | -20 | -30 | |
100 | 28.669 | 24.356 | 24.112 | 24.897 |
200 | 32.167 | 28.507 | 28.245 | 28.750 |
300 | 39.887 | 34.122 | 33.965 | 34.857 |
温度/℃ | 20 | -10 | -20 | -30 |
---|---|---|---|---|
D0 | 0.2480 | 0.2455 | 0.2455 | 0.2458 |
表6 不同温度混凝土的初始损伤
Table 6 Initial damage of concrete at different temperatures
温度/℃ | 20 | -10 | -20 | -30 |
---|---|---|---|---|
D0 | 0.2480 | 0.2455 | 0.2455 | 0.2458 |
试验工况 | σs0/MPa | εm | σm/MPa |
---|---|---|---|
T20S100 | 20.134 | 0.0079 | 28.037 |
T20S200 | 32.017 | 0.0049 | 35.453 |
T20S300 | 37.542 | 0.0046 | 42.464 |
T-10S100 | 24.016 | 0.0048 | 30.531 |
T-10S200 | 32.451 | 0.0027 | 37.417 |
T-10S300 | 39.462 | 0.0030 | 44.368 |
T-20S100 | 27.958 | 0.0042 | 34.442 |
T-20S200 | 39.534 | 0.0031 | 45.170 |
T-20S300 | 48.696 | 0.0037 | 53.587 |
T-30S100 | 32.469 | 0.0048 | 38.621 |
T-30S200 | 38.738 | 0.0029 | 45.136 |
T-30S300 | 52.541 | 0.0022 | 59.729 |
表7 不同养护温度、应变率下混凝土基本参数
Table 7 Basic parameters of concrete under different curing temperatures and strain rates
试验工况 | σs0/MPa | εm | σm/MPa |
---|---|---|---|
T20S100 | 20.134 | 0.0079 | 28.037 |
T20S200 | 32.017 | 0.0049 | 35.453 |
T20S300 | 37.542 | 0.0046 | 42.464 |
T-10S100 | 24.016 | 0.0048 | 30.531 |
T-10S200 | 32.451 | 0.0027 | 37.417 |
T-10S300 | 39.462 | 0.0030 | 44.368 |
T-20S100 | 27.958 | 0.0042 | 34.442 |
T-20S200 | 39.534 | 0.0031 | 45.170 |
T-20S300 | 48.696 | 0.0037 | 53.587 |
T-30S100 | 32.469 | 0.0048 | 38.621 |
T-30S200 | 38.738 | 0.0029 | 45.136 |
T-30S300 | 52.541 | 0.0022 | 59.729 |
应变率/s-1 | np | ξ | h | nq |
---|---|---|---|---|
100 | 1.7 | 2.044×10-4 | 2.96×102 | 1.6 |
200 | 1.5 | 1.870×10-4 | 2.95×102 | 1.6 |
300 | 1.4 | 1.421×10-4 | 2.85×102 | 1.6 |
表8 本构模型塑性参数
Table 8 Plasticity parameters of constitutive model
应变率/s-1 | np | ξ | h | nq |
---|---|---|---|---|
100 | 1.7 | 2.044×10-4 | 2.96×102 | 1.6 |
200 | 1.5 | 1.870×10-4 | 2.95×102 | 1.6 |
300 | 1.4 | 1.421×10-4 | 2.85×102 | 1.6 |
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