论文导读：目前高性能混凝土已成为混凝土研究和应用领域的一大热点。图中给出的应力应变曲线(含间隙)并非试件真实的动态本构关系。
关键词：高性能混凝土，SHPB测试技术，动态本构关系
1 引言
随着工程应用科学技术的不断发展和人类文明的高度发达，混凝土作为一种重要的建筑材料，人们对其性能的要求也越来越高。早先的普通混凝土已不能满足这种日益增长的需求，像高层建筑、大跨工程（桥梁）等对混凝土的性能提出了更高层次的要求。论文检测。目前高性能混凝土已成为混凝土研究和应用领域的一大热点。
在实际生活中混凝土不仅要承受准静态载荷，通常还要受到诸如撞击、地震、爆破等强动载荷，这就必然要求了人们把对混凝土的研究提升到冲击载荷下的动态力学性能研究。混凝土本构关系赖以进行研究的理论基础有：线性本构关系、经典塑性本构模型、非关联塑性理论、摩擦剪胀本构模型的多重屈服本构理论等。
用SHPB装置测试混凝土的本构关系是一种较为简便而有效的试验方法，也是应用最为广泛的试验方法。通用的SHPB装置中各个接触面间没有间隙，试件的两个端面相互平行。这种方法的缺点在于：入射波有很强的高频振荡，弥散效应很明显。倘若能把入射波中部分高频振荡最为厉害的波滤掉，那么所得的结果肯定要比直接得到的要准确。因此可以尝试采用使试件与入射杆之间预留一定间隙的方法，以求达到滤波的目的。
2 数据结果与分析
2.1试验结果
图1就是在试件与入射杆之间预留间隙之后的试验结果。预留间隙总的效果看似是应力变小，应变变大。以曲线ABC为例，由于试件与入射杆之间有间隙存在，当入射波传到试件与入射杆的交界面时，入射杆的端面相当于一个自由面，故在这个自由面运动到与试件相接触前的那部分入射波将完全反射，透射波则相当于为零，所以就会有趋近于水平的AB段。因此，图中给出的应力应变曲线(含间隙)并非试件真实的动态本构关系，但是BC段的斜率真实在反应了试件的弹性模量。
____________________________________
作者简介：张宏菊(1980-)，本科，主要从事物理教学与研究
要想得到真实的动态本构关系，必须将入射波完全反射的那部分去掉；要实现这部分工作有两种方法：一是截波法，二是平移法。
2.2 截波法
所谓截波法就是截取与试件相关部分的应力波，即把发生完全反射的那部分波去除，以求得的真实的应力应变关系。假设入射波的起跳时间是 时刻，通过求解从入射波传播到端面至入射杆运动到与试件接触时所需的时间 ，可知 ~ 时段内的入射波部分在界面处发生全反射，取时刻后的入射波部分进行计算，便可得到真实的本构关系。下面来求。论文检测。
如图2，首先求出入射波到达自由面之后(B面)的运动速度，即3区的速度 。根据冲击波波阵面关系 [1]，故有
 (1)，
其中 是撞击杆速度， ， ， ，代入方程组(1)推得 ，这里 正是自由面倍增定律。若间隙的宽度为 ，则有 。
另外需要指出的是，事实上压杆中波的振荡始终存在着，因此单从滤波的效果上讲间隙越宽越好，所得到的应力应变曲线也越能反映试件的真实性。然而间隙并不能无限制的加宽，它不能超过入射波脉冲的宽度，因此有 ，式中 是撞击杆的长度，杆的弹性纵波波速 。若 ，将完全得不到透射波。另外要保证可以忽略试件内部的波的传播效应，即要满足加载脉冲的作用时间比短试件中的波的传播时间长得多的条件，所以间隙的宽度不能太大。
按照这种方法，修正得到的应力应变曲线如图3所示。
2.2 平移法
平移法简单地讲就是去掉应力为零的AB段，将BC段平移至坐标原点。下面从理论上加以分析。
试件中的平均应变 [1]， 、 分别是试件两个端面的位移，计算时用的是入射杆端面的位移。若 ，此时试件中没有应力波传入，所以 ；若 ，则试件端面的位移分别为 、，故有
 ，式中 是最初求得的应变值， 是试件的真实的应力。综上得
 ，
由此得到的应力应变曲线如图4。
2.3 结果分析
比较以上两种方法，不难发现用平移法处理得到的结果较截波法要好。从最终结果来看，经过修正后的应力应变曲线起始段的应力随应变的增大变化较缓慢，考虑到压杆的弥散效应对应力应变曲线起始部分的影响[2]，因此曲线的起始段并不客观反映材料的力学性能。论文检测。不计应力应变曲线的起始段，不难发现预留间隙对弹性模量有明显的改善作用，而且间隙越宽弹性模量越接近给定值；另外间隙对破坏强度也有影响，破坏强度随着间隙宽度的加大而有所降低。
3 总结
高性能混凝土材料是一种对应变速率敏感的脆性材料，其动态本构行为比较复杂，是当前研究界致力研究的一大热点，SHPB试验装置用来测试其动态本构关系的最普遍的方法。预留间隙的SHPB试验方法可以改善试验结果，间隙越宽弹性模量越接近给定值，破坏强度则随着间隙宽度的加大而有所减小。因此在条件允许的情况下，可以采取在入射杆与试样之间保留一定间隙的方法来获取更为准确的实验结果。但是如何恰当地选取间隙的宽度，才能获得最为准确的应力应变曲线，还有待于更进一步的研究。
参考文献：
[1].吕洪生、曾新吾，动载固体力学与应力波，连续介质力学，国防科学技术大学出版社，1999.11
[2].刘孝敏、胡时胜，大直径SHPB弥散效应的二维数值分析，实验力学，2000.12，Vol.15，No.4，P:371-376
|
