冻土冲击动态实验及其本构模型

摘要

冻土在我国分布广泛，多年冻土约占我国国土面积的22％。研究冻土力学性质具有重要意义。以往对于冻土力学性质的研究集中于静态和准静态力学方面。除了承受常规的静态和准静态荷载以外，冻土还会受到冲击动态荷载的作用。但在此方面，研究并不充分，更没有较为合理的冻土冲击动态本构模型。
　　 本文采用分离式霍普金森压杆(SHPB)，对于-3℃、-8℃、-13℃、-17℃、-23℃和-28℃冻土进行了应变率范围900～1500s-1的被动围压冲击实验以及应变率范围300～1200s-1的单轴冲击实验。
　　 被动围压动态加载时，冻土处于准一维应变状态，表现出弹塑性特征。其曲线在加载应变率较低时，表现为理想塑性，在应变率较高时，表现为应变硬化。单轴动态加载下，冻土应力应变曲线表现为应变软化，显示出脆性材料特征。冻土单轴动态应力应变曲线在初始阶段迅速上升至峰值，随后缓慢下降。
　　 冻土具有应变率效应。冻土的峰值应力和最终应变均随加载应变率的增大而增大。冻土还具有明显的温度效应。温度越低冻土的峰值应力越高。
　　 被动围压加载时，冻土试样加载后没有明显破坏，体积稍有变小。单轴加载时，只有应变率在较低的350s-1时，试样没有破坏，其余应变率下，试样全部破坏，且加载应变率越高试样越破碎，亦表现出应变率效应。
　　 本文给出了冻土的粘弹性损伤本构模型和改进的Johnson-Cook模型。
　　 粘弹性损伤本构模型和改进的Johnson-Cook模型能够表现出冻土的温度和应变率效应以及单轴加载时应变软化特征。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 背景与意义

1．2 国内外研究历史与现状

1．2．1 冻土的静态准静态力学性能研究

1．2．2 冻土的动态力学性能研究

1．3 现有研究的不足

1．4 本文的主要工作

第2章 冻土被动围压下的动态力学性能

2．1 SHPB实验技术

2．2 试样的制作

2．3 冻土被动围压冲击实验结果

2．4 冻土被动围压冲击实验结果讨论

2．4．1 应变率效应

2．4．2 温度效应

2．5 单轴冲击实验对比

小结

第3章 冻土单轴冲击加载下的力学性能

3．1 冻土单轴冲击实验基本条件

3．2 冻土单轴冲击实验结果

3．2 应变率效应研究

3．3 温度效应研究

小结

第4章 冻土的动态本构模型

4．1 冻土的粘弹性损伤本构模型

4．1．1 冻土粘弹性损伤本构模型的引入

4．1．2 冻土粘弹性损伤本构模型结果讨论

4．2 冻土的Johnson-Cook模型

4．2．1 冻土Johnson-Cook模型的引入

4．2．2 冻土的Johnson-Cook模型结果讨论

小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目