纤维增强水泥砂浆的冲击性能的研究.pdfVIP

增刊 爆 炸 与 冲 击 纤维增强水泥砂浆的冲击性能研究+ 唐志平，徐松林，胡晓军，廖香丽，蔡建 (中科院材料力学行为与设计重点实验室，中国科学技术大学力学和机械工程系，安徵合肥230026) 摘要：基于唐志平等提出的剪切波跟踪技术(SWT)，应用电磁粒子速度计和双磁场IMPS测试技术较系 统地研究了纤维增强水泥砂浆(FCEM)冲击下的响应。试验结果表明．其冲击绝热线有四个明显的临界点： A、B、c、D分别对应Hugoniot弹性限、材料剪切强度消失、孔洞崩塌点和密实材料的再压缩点。尤其是临界 点B．在过去的研究工作中尚未被揭示。只有对S一波进行跟踪测量，才能最终确定。对冲击过程材料剪切强 度的分析结果表明．对横渡，尤其是卸载横渡的研究，可以揭示脆性材料的动态损伤状态。 ^ 7、 7＼ 粒子速度计 1引 言 水泥基复合材料是国民经济和国防工程建设中最普遍应用的结构工程材料之一，是一种具有典型 的跨尺度非均质多组元多相复杂结构的脆性材料。本文的研究发现它也是一种典型的脆性孔洞材料。 有关其力学行为及其机理的研究，特别是破坏特性的研究，倍受力学家和材料科学家的重视。因为在气 炮加载条件下，无论试件尺寸，应力状态或冲击强度方面，均在很大程度上更接近真实状态，本文将基于 应进行系统研究。 2技术简介 当飞片以速率‰、倾角。与试件发生斜碰撞，在试样中将依次传播4道主要波阵面：加载压缩纵波 个区。根据应力波的传播特性，每道波的传播特性与前方区域的材料当时当地状态相关，每道波产生的 影响留给了后方区。因此，跟踪每一区后的波阵面，尤其是剪切波阵面，可以推测前方冲击波(主要为压 wave 缩波)对材料的效应。我们称之为剪切波跟踪技术，即S tracingtechnique(SWT)。 同时，由于一次试验可以同时记录试件中不同位置的粒子速度波形。这样加载纵波的衰减与弥散、 损伤破坏状态随深度的变化都可以通过SWT方法进行探测，这对于冲击损伤的研究有着十分重要的 意义。 3压剪联合加载冲击试验 3．1 FCEM材料与试样 选用聚丙烯短微纤维作为水泥砂浆增强材料。复合材料中，各成分的质量配比为：水／水泥／标准砂 一220 g／500g／1250g。其中，水泥为巢湖牌525#矿渣水泥，采用标准砂。纤维则采用美国杜拉公司 分为两个相同的半圆柱。在中间埋设定制的电磁粒子速度计，然后采用环氧树脂粘结，电磁粒子速度计 的厚度约50／zm，计的宽度为0．1mm，有5个测试计，其水平间距均为2mm。5个计的长度分别为： 15．44，13．44，11．44，9．44和7．44mm。飞片加工成直径50mm，厚度根据实验要求设计成5～10 mm的圆片，其材料与靶材相同。 *基金项目：国家自然科学青年基金项目 作者简介：唐志平(1945一)．男．教授，博士生导师 爆 炸 与 冲 击 第23卷 3．2实验结果 对FcEM和CEM进行了倾斜角lo。，冲击速度为50～500m／s的压剪联合冲击试验。冲击速度为 80～190 m／s，材料处于损伤状态。冲击波形特点为：P+的幅值随深度衰减，而且，P+有双波结构；s+ 的幅值有更明显的衰减。值得注意的是，s一的幅值小于s+的幅值。 冲击速度为200m／s时，s开始完全消失，表明材料开始丧失其剪切强度，同时P变得非常光滑。 这表明材料已经严重破坏，粉化为细小的颗粒。在此区域，冲击波的最明显的特征便是：s一的消失。 3．3进～步讨论 图1为FCEM和cEM的矿yHugoniot冲击绝热线。两种材料的pV 线在此处不存在明显的拐点，因此，采用常规的测试方法无法确定此临界点，只有对s～波进行跟踪测 量，才能最终确定。c是孔洞崩塌的临界点，它与空洞的尺寸，以及基体强度有关。当材料所受的冲击 压力更高时，材料表现为密实材料的压缩，其起点就是D。 y／砜。根据由s得到的r—y／Vo曲线可见，剪切强度在B7(对应于图1的B点)处很快降为0，