Page 48 - 《爆炸与冲击》2025年第5期

第 45 卷 黄晨瑞，等： 高速冲击下混凝土动力学性质和动态温度研究 第 5 期

波入射至透射杆中，经过透射杆上的应变片得到透射应力波的信号 ε (t)。
t
基于一维应力波理论和应力均匀性假定，再根据巴西劈裂试验和“二波法”公式 [49-50] 可得：

ED 0
σ(t) = ε t (t)


 2DB

 w t
2c 0
ε(t) = − ε r (t)dt (3)
 D 0



 2c 0

˙ ε(t) = − ε r (t)
D
式中：D 、c 、E 分别为压杆的直径、波速和弹性模量，D、B 分别为试件的直径和厚度。
0 0

2.3 试验方案及过程

以 SHPB 试验装置为基础，采用高压氮气驱
动发射撞击杆，为保持相同的应变率，通过调节 High-speed infrared
气压的大小来控制撞击速度；为减小横向惯性震 temperature measurement
High-light system
荡的影响，在入射杆与撞击端面处加装厚 0.3 mm、
直径约 1.5 mm 的整形片。冲击加载时，由于脉
冲时间短（对于长 400 mm 的子弹，脉冲时间约
160 µs），可以忽略与外界的热交换，视为绝热过 Transmission bar Test piece Input bar
程。在压杆与混凝土之间涂抹凡士林，以减小摩
擦；将高速红外测温系统放置在混凝土试件正前 Vaseline
方，校准监测位置；在混凝土试件另一面喷涂散 High-speed camera
斑，放置高速摄像机，如图 6 所示。
由于混凝土在受冲击时，裂纹处会产生应
图 6 高速红外测温试验系统
力集中，而应力集中位置会有明显升温，因此，本
Fig. 6 High-speed infrared temperature measurement test system
次试验采用巴西劈裂的方案监测混凝土试件与
入射杆接触位置的温度，其具体监测位置如图 7 70 mm
所示。
在布置高速摄像机时，需要使用强光源以
确保清晰拍摄混凝土表面的散斑。调整相机以
获 得 清 晰 的 散 斑 场 景 ， 视 场 范 围 为 1 5 0 m m × Impact load
100 mm，图像分辨率为 0.38 mm/pixel。高速相机 SPFRC specimen Input bar
的图像采集频率为 12 300 Hz，记录了混凝土试 Temperature measuring point
件从破裂到最终断裂的全过程。 图 7 温度测点示意图
冲击试验结束后，使用 DIC 分析软件对拍 Fig. 7 Schematic diagram of temperature measuring point
摄到的所有散斑照片进行后续处理，得到应变场
及破坏过程。采用 DHDAS 动态应变仪监测入射杆、透射杆上的应变片和高速红外探测器，以实现同
步监测，系统的采集频率为 1 MHz。同时，使用 DIC 软件与高速摄像机配合监测从宏观到微观的各种
变形。
在 0.6 MPa 气压下，设置钢纤维体积掺量不同的 5 种混凝土试件，以模拟在恒定气压下 SPFRC 试件
的动态力学特征和动态温度变化特征。

3 结果与讨论

3.1 动力学性质分析
为了保证试验结果的准确可靠，采用二波法验证动态应力平衡，如图 8 所示，冲击下混凝土的动态

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