聚能装药载荷下混凝土破坏行为的实验研究(3)
从截面图(见图5(b))还可以发现,在混凝土底部出现一个倒锥形坑,这是由于应力波传播到混凝土底部时发生反射而产生的拉伸应力波所造成的背板拉伸破坏。混凝土下层的石子也出现了一个小坑,采用吸铁石对坑内的碎石进行吸附,发现吸铁石上粘有大量粉末状颗粒,表明聚能装药结构贯穿了整个混凝土靶板。
图5 实验后的混凝土靶板Fig.5 The concrete target after experiment
对聚能装药在混凝土表面形成的开坑直径和深度进行测量,从多个方向进行测量后取平均值得到,开坑直径为92.3 cm,深度为32.0 cm,如图6所示。对不同位置处的孔洞直径进行测量,根据实测值可知,射流侵彻混凝土靶板留下的孔洞呈圆柱状,混凝土靶板表面的孔洞直径比靶板底部直径略大,混凝土表面的孔洞直径达到18.9 cm,中间部分为17.0 cm,底部的孔洞直径为14.5 cm。
图6 混凝土表面的开坑半径和深度Fig.6 The radius and depth of the concrete surface open pit
4.1 侵彻后混凝土靶的强度测试
图7 材料试验机和16通道应变仪Fig.7 Material testing machine and 16-channel strain gauge
从剖切后的靶体中取出标准混凝土试件并测试其抗压强度,在测试结果的基础上分析可得混凝土靶的大致破坏行为。对比距孔洞中心不同距离处的混凝土试件的抗压强度,以获取聚能装药对混凝土靶在横向尺度上的破坏行为;对比距表面不同纵深处混凝土试件的抗压强度,分析随着侵彻深度增加射流对混凝土的破坏行为;根据所有混凝土试件的分布情况和抗压强度,综合判定射流对混凝土靶各个区域的破坏情况及整体破坏行为。
对侵彻过后的混凝土靶板进行材料强度测试,取边长为10 cm的立方体为试件,以此判定射流对混凝土靶板的损伤。采用200 t的材料试验机对混凝土试件的抗压强度进行测试,并用16通道的应变测试仪记录压缩实验中试件的应变变化情况,如图7 所示。
对混凝土块体进行切割,得到共计20个边长约为10 cm的混凝土块体试件,其在混凝土靶板内的分布情况及部分试件如图8所示。聚能装药侵彻混凝土实验具有轴对称特征,因此采用二维剖面显示混凝土块体试件所在位置即可。
图8 混凝土试件取样分布图及部分试件Fig.8 Concrete specimen sampling distribution and the polished concrete specimen
对每个块体切割、打磨,保证其平行度在 mm以内,以确保测试结果的准确性。在200 t材料试验机上进行抗压强度测试,并通过应变片测定其弹性范围内的应变值,由此可计算得到混凝土块体的杨氏模量。图9给出了部分试件的测试结果。
图9 部分测试结果Fig.9 Part of the test results
4.2 侵彻后混凝土靶的破坏行为分析
混凝土试件取自靶板的不同位置,为分析聚能装药对混凝土靶板的损伤情况,需要对不同位置处的损伤进行对比分析。记混凝土试件中心距混凝土表面的距离为H,距孔洞中心的距离为L,按照H值的大小对混凝土标准试件进行分组。表4为各组强度测试的结果。
表4 强度测试结果Table 4 Comprehensive strength test resultsGroupH/(cm)ConcretespecimenlabelCompressivestrength/(MPa)GroupH/(cm)ConcretespecimenlabelCompressivestrength/(MPa)T?115B?31B?32C?41C?6534T?255B?11B?12C?31C?32C?T?3105B?T?3105B?22C?T?4155C?01C?11C?8T?5195B?01B?02B?03C?51C?
图10给出了T-1到T-5共5组混凝土试件的强度。随着L值的增大,5组混凝土试件的抗压强度基本都呈现上升趋势,表明混凝土距离孔洞中心越远,射流对其损伤程度越弱;对于同一个L值的混凝土试件(即对应于图10中同一横坐标的混凝土试件),随着侵彻深度的增加,混凝土的抗压强度也增加,表明随着射流的侵彻,它对周围混凝土的损伤程度越来越弱,损伤范围也逐渐减小,即混凝土靶板的损伤程度随着深度的增加越来越弱。从L=95 cm试件的测试结果可以看出,T-2、T-3、T-4组混凝土试件的抗压强度要高于T-1组(混凝土表面试件)和T-5组(混凝土底部试件),表明在孔洞附近,中间部位混凝土的损伤程度要低于上、下部分,与图5中的结果一致。
图10 混凝土试件强度分布Fig.10 Concrete specimens intensity distribution
对靶板强度进行了标准件测试,其混凝土强度为69.4 MPa。以孔洞中心为轴,半径小于100 cm内的混凝土损伤较为严重,边界块体强度在30 MPa左右,约为原始强度的40%;半径在100~140 cm范围内的混凝土试件的强度相差不大,均在46 MPa左右,约为原始强度的72%;当半径大于140 cm后,聚能装药对混凝土的影响较弱,混凝土几乎未出现损伤;对于L=105 cm的混凝土试件,底部H=195 cm处试件B-01的抗压强度(26.5 MPa)与H=15 cm处试件B-31的抗压强度(21.2 MPa)基本一致,且混凝土的抗压强度随着侵彻深度的增加而先增大后减小,表明混凝土靶板的背板拉伸破坏效应明显。混凝土试件B-03的强度略高于试件B-22,表明此区域的混凝土试件受背板反射拉伸波破坏的影响较弱,由此可以大致判定背板拉伸的破坏半径约为110 cm。
文章来源:《爆炸与冲击》 网址: http://www.bzycjzz.cn/qikandaodu/2021/0709/1297.html
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