基于微观力学模型的超高韧性水泥基复合材料动态拉伸力学行为与延性设计研究
批准号:
51908505
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
24.0 万元
负责人:
赵昕
依托单位:
学科分类:
工程材料
结题年份:
2022
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
中文摘要
混凝土的脆性易裂特征会造成防护结构背部大面积震塌,因此使用拉伸性能更为优异的新型混凝土对防护工程而言具有重要意义。超高韧性水泥基复合材料(简称UHTCC)是一种拉伸应变达3%以上的高韧性混凝土,目前该材料的动态拉伸力学性能的研究较少,相关的率效应机理仍不清晰。申请者的前期研究初步表明UHTCC的宏观动态拉伸力学性能与其内部纤维、基体以及界面的微观力学参数有关。本项目拟通过动态微观纤维拉拔试验建立UHTCC的各项微观力学参数与应变率的定量关系,在此基础上改进现有的微观理论设计模型,以指导动态荷载下UHTCC延性行为的设计。研究拟开展不同应变率下的UHTCC动态直接拉伸试验、缺口敏感性试验以及水和应变率耦合下的动态直接拉伸试验,建立UHTCC动态拉伸本构关系,揭示宏观应变率效应背后所蕴含的动态微观机理,为UHTCC在防护工程中的应用提供理论和技术支持。
英文摘要
A large spalling always occur on the back area of protective structures because of the brittleness of normal concrete, which result in the requirement of high performance concrete with superior tensile property to be used in these structures. Ultra high toughness cementitious composite (UHTCC) is a kind of high ductile concrete with tensile strain capacity more than 3%. However, the dynamic tensile mechanical properties of UHTCC are rarely studied at present, and the related mechanism underlying the strain rate sensitivity is still unclear. Based on the previous studies, the applicant proposed that the dynamic tensile property of UHTCC is related with the microscopic mechanical parameters in the fiber, matrix and their interface. The dynamic tension test on individual fibers and single fiber pull-out tests are performed in this project to establish the quantitative relationships between various microscopic mechanical parameters in UHTCC and the strain rate. Based on these, the existed design theory of UHTCC can be modified to account for the strain rate to predict the ductility behavior of UHTCC under the dynamic loading. Meanwhile, this project aim to conduct the dynamic direct tensile test, the notch sensitivity test and the wet/dry dynamic direct tensile test of UHTCC. Based on the experimental results, the dynamic tensile constitutive relationship of UHTCC can be established and the mechanism underlying the macroscopic strain rate sensitivity of UHTCC is revealed. This project can provide theoretical and technical support for the widely application of UHTCC in protective engineering.
UHTCC材料具有优异的拉伸变形能力和耗能效果,可以显著降低结构背部由拉伸应力波造成的震塌破坏,提升结构的整体防护能力,在军事工程、人防工程、核电工程等领域具有广阔的应用前景。然而,计及材料的应变率效应,在动态拉伸荷载下UHTCC的延性行为会发生显著退化。本项目通过动态微观试验研究了UHTCC内部纤维、基体以及界面的微观力学参数,探明了其动态拉伸延性行为退化的机理。在此基础上,对材料配合比和纤维类型进行优化,制备出了更为适用于防护工程结构的高强高延性水泥基复合材料(HSHDC)。HSHDC材料的轴心抗压强度达130 MPa,拉伸强度达11 MPa,极限拉伸应变约为7%,具有显著的应变硬化特性,裂纹宽度保持在100μm以下。在高拉伸应变率下,基于微观力学模型进行重新设计的HSHDC材料依然可以保持较好的多缝开裂特征和耗能能力。在宽应变率范围内测试了HSHDC材料的动态压缩和拉伸力学行为,建立了动态率型本构模型,以指导此类材料在结构中的应用。此外,针对涉水防护结构可能涉及到的自由水和应变率耦合的工况,研究了自由水对高延性水泥基材料的动态拉伸、压缩力学性能影响,并深入分析其内在机理。本项目的研究成果可进一步完善高延性水泥基材料设计理论体系和动态强度理论体系,为其在防护工程中的实际应用提供理论和技术支持。
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Quasi-static and dynamic compressive behavior of ultra-high toughness cementitious composites in dry and wet conditions
超高韧性水泥基复合材料在干湿条件下的准静态和动态压缩行为
DOI:
10.1016/j.conbuildmat.2019.117008
发表时间:
2019-12
期刊:
Construction and Building Materials
影响因子:
7.4
作者:
[Xin Zhao, Hedong Li, Cheng Wang]
通讯作者:
Cheng Wang
Contribution of steel fiber on the dynamic tensile properties of hybrid fiber ultra high toughness cementitious composites using Brazilian test
巴西试验表明钢纤维对混合纤维超高韧性水泥基复合材料动态拉伸性能的贡献
DOI:
10.1016/j.conbuildmat.2020.118416
发表时间:
2020
期刊:
Construction and Building Materials
影响因子:
7.4
作者:
[Zhao Xin, Li Qinghua, Xu Shilang]
通讯作者:
Xu Shilang
Coupled effects of high temperature and strain rate on compressive properties of hybrid fiber UHTCC
高温和应变速率对混合纤维 UHTCC 压缩性能的耦合影响
DOI:
10.1617/s11527-019-1391-4
发表时间:
2019-08
期刊:
Materials and Structures
影响因子:
3.8
作者:
[Zhao Xin, Xu Shilang, Li Qinghua, Chen Bokun]
通讯作者:
Chen Bokun
DOI:
10.3969/j.issn.1007-9629.2022.01.002
发表时间:
2022
期刊:
建筑材料学报
影响因子:
--
作者:
[赵昕, 黄存旺, 傅佳丽, 刘金涛]
通讯作者:
刘金涛
Influence of free water on dynamic tensile behavior of ultra-high toughness cementitious composites
自由水对超高韧性水泥基复合材料动态拉伸行为的影响
DOI:
10.1016/j.conbuildmat.2020.121295
发表时间:
2020-11
期刊:
CONSTRUCTION AND BUILDING MATERIALS
影响因子:
7.4
作者:
[Zhao Xin, Zou Baoping, Wang Minjia, Li Hedong, Lou Zhanyou]
通讯作者:
Lou Zhanyou
共 6 条
滨海高强高延性混凝土桥墩抗撞性能及损伤机理研究
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批准号:52378273
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项目类别:面上项目
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资助金额:50万元
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批准年份:2023
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负责人:赵昕
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依托单位:
盐雾环境下超高韧性水泥基复合材料冲击动力学响应及其机理研究
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批准号:LY21E080006
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2020
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负责人:赵昕
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依托单位:
国内基金
海外基金