活性粉末混凝土高压状态方程研究

论文摘要

军事防护工程的建设，必然会涉及到工程材料的选择。军事防护工程对于材料的强度、韧性、耐久性和抗冲击性能等具有很高的要求。活性粉末混凝土（RPC）是一种通过采用高标号水泥、超细矿物掺合料、高效减水剂以及超细钢纤维等制备的高强度、高韧性、高耐久性材料，可以满足防护工程的需要。防护工程的设计必须考虑爆炸和冲击荷载作用，开展RPC高压状态方程的研究能够为采用该材料的防护工程设计和计算提供理论依据和性能参数，对于提高军事防护工程战时的生存力具有重要的意义。本文研究工作如下：制备了钢纤维体积率为0-5%、掺有粉煤灰和硅灰的RPC，掌握了影响RPC抗压强度的主要因素。在此基础上，从众多RPC配方中优选出适合进行强冲击试验的RPC配方。采用最高发射速度为1500m/s的一级轻气炮对RPC进行强冲击试验。根据所获取的试验数据以及相关的理论推导出了反映RPC材料抗强冲击性能的D-u和P-u雨贡纽曲线，并在此基础上进一步得出了RPC材料在强冲击荷载作用下的Grüneisen型高压状态方程。采用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件对RPC材料在一级轻气炮强冲击荷载作用下的动力响应进行了数值仿真。通过模拟所获取的数据和相关理论推导出了RPC材料的D-u和P-u雨贡纽曲线以及Grüneisen型高压状态方程。并且通过对比分析，确定了试验所得数据的准确性以及分析了钢纤维体积率对RPC材料Grüneisen型高压状态方程的影响。本文成果能够为军事防护工程的建设提供RPC材料动态性能参数，对军事防护工程材料的选择具有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 活性粉末混凝土简介
• 1.1.1 活性粉末混凝土的制备原理
• 1.1.2 活性粉末混凝土的应用
• 1.2 混凝土抗冲击研究现状
• 1.2.1 混凝土SHPB 冲击试验研究
• 1.2.2 混凝土一级轻气炮冲击试验研究
• 1.3 本文研究的必要性
• 1.4 本文的研究内容
• 第二章 RPC 的制备
• 2.1 RPC 的原材料
• 2.1.1 水泥
• 2.1.2 粉煤灰
• 2.1.3 硅灰
• 2.1.4 细集料
• 2.1.5 减水剂和水
• 2.1.6 钢纤维
• 2.2 RPC 材料的制备
• 2.2.1 配合比
• 2.2.2 试件成型
• 2.2.3 试块养护
• 2.3 RPC 材料的静态力学性能
• 2.3.1 钢纤维体积率对RPC 立方抗压强度的影响
• 2.3.2 粉煤灰含量对RPC 立方体抗压强度的影响
• 2.3.3 硅灰含量对RPC 立方体抗压强度的影响
• 2.4 小结
• 第三章 RPC一级轻气炮试验
• 3.1 一级轻气炮组成
• 3.1.1 高压气室及释放机构
• 3.1.2 发射管
• 3.1.3 注气系统
• 3.1.4 靶室及回收筒
• 3.2 试验设备及测试原理
• 3.2.1 飞片速度测量
• 3.2.2 冲击波压力测量
• 3.3 试验设计
• 3.3.1 飞片、靶片尺寸设计
• 3.3.2 弹、靶的制作
• 3.3.3 弹靶安装设计
• 3.4 试验过程
• 3.5 试验结果及分析
• 3.6 小结
• 第四章 RPC 高压状态方程的建立
• 4.1 高压状态方程简介
• 4.2 试验数据处理
• 4.2.1 电压信号转化为压力信号
• 4.2.2 压力信号起跳点的确定
• 4.2.3 冲击波速度D 的确定
• 4.2.4 粒子速度u 的确定
• 4.3 冲击绝热曲线的建立
• 4.3.1 D-u Hugoniot 曲线的建立
• 4.3.2 P-u Hugoniot 曲线的建立
• 4.3.3 Grüneisen 型高压状态方程的建立
• 4.4 小结
• 第五章 RPC 在强冲击荷载作用下数值仿真
• 5.1 高速冲击与模拟概况
• 5.2 本文数值模拟的方法
• 5.2.1 软件简介
• 5.2.2 程序的算法
• 5.2.3 有限元模型的建立
• 5.2.4 混凝土的本构模型
• 5.2.5 HJC 本构模型中材料参数的选取
• 5.3 活性粉末混凝土抗高速冲击模拟结果和分析
• 5.3.1 数值模拟中活性粉末混凝土D -u 雨贡纽曲线的建立
• 5.3.2 活性粉末混凝土高压状态方程的模拟与实测对比
• 5.4 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间研究成果
• 致谢