纖維增韌高性能混凝土抗火性極其改善機理的研究

采用含不同纖維的高性能混凝土進行試驗研究.。探明不同纖維品種、摻量對高溫爆裂發(fā)生和.力學性能的影響，確定纖維改善高性能混凝土.抗火性的工藝措施。測定纖維對高性能混凝土.斷裂參數(shù)的影響，觀測宏觀與細觀尺度上裂紋.擴展特征，測定微觀孔結構的變化。基于試驗.結果建立高性能纖維混凝土抗火性改善的機理.，確保高性能混凝土的火災安全性和耐久性。. 2100433B

本項目以氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷（ZTA）為研究對象，采用實驗、理論分析和數(shù)值模擬相結合的方法研究了增韌陶瓷的破壞特性、本構模型、增韌機理、聲發(fā)射特性和增韌陶瓷的抗侵徹特性。主要研究工作和成果如下： 1）對熱壓燒結法制備的三種陶瓷99.5% Al2O3（AD995）、15% ZrO2/Al2O3和25% ZrO2/Al2O3的力學性能和增韌機制進行了實驗和理論研究。結果表明，ZrO2的加入細化了基體Al2O3晶粒，ZrO2/Al2O3陶瓷的致密性得到提高。三種陶瓷試件的破壞呈現(xiàn)小變形到脆性破壞的特點，壓縮加載下應力-應變曲線近似為線性關系。AD995陶瓷的斷裂韌性為5.65MPa?m1/2，25% ZrO2/Al2O3陶瓷的斷裂韌性為8.42MPa?m1/2，提高了近50%?；趶秃喜牧霞氂^力學理論并考慮ZrO2的相變特性，建立了描述ZrO2/Al2O3陶瓷力學性能的本構模型。模型預測結果顯示，隨ZrO2增韌相含量的增加，ZrO2/Al2O3陶瓷的楊氏模量降低而斷裂韌性增加，這一變化趨勢與實驗結果有良好的一致性。 2）采用改進的SHPB實驗裝置對ZTA陶瓷的動力學響應和破壞特性進行了研究。獲得了ZTA陶瓷在較高應變率范圍內(nèi)的動態(tài)應力應變曲線；結果顯示，ZTA陶瓷動力學特性有明顯的應變率效應，動態(tài)抗壓強度隨應變率增加而提高，同時應力應變曲線呈現(xiàn)明顯的非線性特征；單軸加載下，隨著應變率的提高，ZTA陶瓷的破壞呈現(xiàn)出了從劈裂破壞到散體破壞的狀態(tài)。 3）利用先進的聲發(fā)射系統(tǒng)研究了強脆性陶瓷材料壓縮破壞的損傷變化過程，將采集到的聲發(fā)射信號進行小波分解分析了聲發(fā)射信號的頻率特征。結果表明，加載初期，材料損傷主要由微裂紋成核為主導，產(chǎn)生大量低幅值(<40dB)信號；而加載后期的高幅值信號(>80 dB)主要由微裂紋擴展或匯合產(chǎn)生。脆性材料失穩(wěn)破壞階段信號能量特征值呈現(xiàn)出低頻段P1急劇升高、高頻段P2急劇下降的特點，即失穩(wěn)破壞時產(chǎn)生低頻信號。結合裂紋源的尺度與聲發(fā)射信號頻率成相反的關系，揭示了尺度較大的微裂紋擴展或匯合是導致材料失穩(wěn)破壞的主要機制。 4）采用有限元程序數(shù)值模擬了長桿彈侵徹氧化鋁陶瓷靶的破壞特性，結合實驗結果確定了氧化鋁陶瓷本構模型中的材料參數(shù)；建立聚能射流侵徹氧化鋁陶瓷靶的計算模型，對射流的形成機理及氧化鋁陶瓷靶的抗侵徹性能進行研究。

通過計算機模擬和材料試驗相結合，研究碳----玻璃混雜纖維增韌高強混凝土的復合機理和機敏特性，建立該新型復合材料增韌的力學模型，探討纖維參數(shù)、材料組份和顯微結構對電導性能和熱電效應的影響以及構件承載過程中電導率與材料內(nèi)部應變、溫度、損傷等變量的關系，為混凝土智能結構的設計、健康監(jiān)測和壽命評估提供理論依據(jù)和技術手段。 2100433B

陶瓷基復合材料的研制與應用將是復合裝甲材料的總趨勢，開展增韌陶瓷材料的動力學響應、破壞特性、動態(tài)本構模型、失效特性的研究都是分析增韌陶瓷裝甲抗侵徹性能的關鍵因素。研究內(nèi)容有：（1）利用材料實驗機、分離式霍普金森壓桿和輕氣炮實驗裝置對增韌陶瓷試件實施準靜態(tài)、低、高應變率下的壓縮實驗，測量材料壓縮強度、屈服強度等材料性能參數(shù)，得到材料在較寬應變率范圍內(nèi)完整的應力應變曲線，進一步分析增韌陶瓷材料的應變率效應、動力學響應和破壞特性。（2）利用聲發(fā)射技術、掃描電鏡等對實驗后的試件進行測試，分析試件內(nèi)部微觀結構的破壞特征和增韌機制。（3）考慮應變率、損傷的影響，建立能準確描述增韌陶瓷材料的動力學行為的動態(tài)本構模型。（4）利用自行開發(fā)的多物質(zhì)流體程序?qū)υ鲰g陶瓷材料抗侵徹問題進行數(shù)值模擬，來驗證和完善理論模型；為提高增韌陶瓷材料的抗侵徹能力，為新型陶瓷裝甲的設計提供理論依據(jù)和技術支撐。