[发明专利]一种变围压状态下混凝土类材料抗压强度精确测定的方法

说明书

本发明公开一种变围压状态下混凝土类材料抗压强度精确测定的方法，该方法一方面是通过有限元模型建立内压、加载范围与各位置处各向应变之间的函数表达式；进一步地，通过关联实验装置所测试件厚度、应变数值、轴向强度与有限元分析中不同加载范围内应变与内压的关系，得到方便实际应用的数学表达式，通过该数学表达式可根据实际获取的偏应力、体积应变、被动围压等任一数值计算得到变围压状态下混凝土类材料抗压强度。本发明将有限元模型分析与具体参数测定实验相关联，从而建立复杂应力状态下该类材料的本构方程，即抗压强度、偏应力、体积应变等与被动围压的关系，进而可进行变围压状态下混凝土类材料抗压强度的测定，并具有精确、便捷等优点。

技术领域

本发明属于混凝土类脆性材料强度测试技术领域，具体地说是涉及一种关于变围压状态下混凝土类脆性材料抗压强度精确测定的方法。

背景技术

混凝土类材料广泛应用于武器库、核工程安全壳等重大防护工程，对于其抗压强度的研究具有重要意义。混凝土类材料本身为静水压力相关性材料，其抗压强度密切依赖于承载过程中静水压力的变化，认识和理解静水压力影响其抗压强度的机制是合理设计和应用此类材料的前提。针对此类材料的围压实验通常分为主动和被动围压两大类。典型的主动围压实验通常借助三轴实验仪器完成，其构成复杂、价格昂贵，且通常仅提供幅值较小的恒定围压(100兆帕以内)，无法灵活匹配不同的轴压加载条件，也无法适应高围压(数百兆帕)状态下实验要求。典型的被动围压通常应用在试件外部套装高强度刚性圆环实现，且通常认为刚性圆环在实验过程中不发生塑性变形，因此可以提供幅值极大的被动围压。目前，围压实验基本都是测量一个点值，即某一围压数值(如最大值)时的抗压强度，无法实现变围压条件测定；按照准一维应变状态对试件进行简化分析，对于试件加载过程中的围压数值变化情况未予足够重视，从而在建立复杂应力状态下该类材料的本构方程方面无法提供足够信息。

发明内容

基于上述技术问题，本发明提出一种变围压状态下混凝土类材料抗压强度精确测定的方法。

本发明所采用的技术解决方案是：

一种变围压状态下混凝土类材料抗压强度精确测定的方法，采用能够建立圆柱形混凝土类材料试件在竖向加载下位移、应变、抗压强度之间关系的装置，该装置包括高强度钢制圆环、圆柱形混凝土类材料试件、高强度钢制圆柱体辅助加载端板、应变片、位移传感器和试验机，在高强度钢制圆环中放置圆柱形混凝土类材料试件，高强度钢制圆柱体辅助加载端板紧贴在圆柱形混凝土类材料试件的两端，然后整体布置于试验机加载端板之间；

所述应变片设置多个，且沿轴向和环向均匀布置于高强度钢制圆环上，所述位移传感器沿环向均匀布置于试验机加载端板处，试验机上配置有荷载传感器和计算机终端，所述应变片和位移传感器均与计算机终端连接；

该方法包括以下步骤：

S1准备10对应变片，分别沿轴向和环向，在高强度钢制圆环外侧前、后两个对称部位的自上至下五个位置粘贴应变片，依次编号为A,B,C,D,E；

S2根据高强度钢制圆环的实际尺寸和材料性质，创建内压作用下的数值计算模型；

S3在有限元分析中，以高强度钢制圆环横向中心线为对称轴，分别在高度范围δ∈[h/2,h]范围内每隔h/10范围施加均匀内压p*，输出对应步骤S1中应变片位置处单元的应变ε_i^A,i＝A,…,E和ε_i^H,i＝A,…,E；其中上标A,H分别代表轴向和环向；

S4通过数值方法，解析步骤S3输入内压p*和高度范围δ与输出应变之间的关系，

i＝A,…,E；j＝A,H (1)

通过回归分析，得到内压p*、高度范围与各位置处各向应变之间的函数表达式，