Page 52 - 《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

导致裂纹在微观层面被分散，进一步耗散了冲击能量。因此，在钢纤维交接作用与混凝土基体脆性的共
同作用下，试件在受拉开裂时更倾向于粉末化破碎。

3.3 DIC 分析
为验证动态加载下的劈裂是否为中心起裂，使用超高速摄像机以 12 300 Hz 的频率拍摄断裂图像，
并利用 DIC 方法计算应变场、位移场演化。由于 SPFRC 试件破坏很快，仅在 81.3、162.6 μs 时，DIC 能有
效反映试件的位移、应变情况。为了更好地比较不同掺量钢纤维在冲击过程中的位移和应变情况，选取
试件径向方向的位移场和应变场进行分析。
取圆盘中心点竖直方向（即试件的拉伸应力主轴）应变，如图 13 所示，在 81.3 μs 时，尽管从图 11 中
看不出混凝土试件有明显的裂纹，但拉应变从加载方向开始扩展，此时应变值较小。到 162.6 μs 时，裂纹
开始形成并逐渐加宽，拉应变显著增大。由此可知，应变在圆盘中心靠近加载方向的一端（右端）最先增
大，出现应力集中。应力集中极有可能引发局部温度的快速上升。对比不同钢纤维体积掺量的混凝土
试件可知，随着钢纤维体积掺量的增加，在 162.6 μs 时的峰值应变逐渐减小，表明钢纤维的加入能够有效
抑制裂缝的扩展。当钢纤维含量增加时，形成了更致密的纤维网络结构，使钢纤维在受力时能更好地桥
接裂纹，有效分散应力集中区域的能量，抑制裂纹的扩展和裂宽的增大，从而降低混凝土试件在受力过
程中的最大拉应变。

Specimen Strain/10 Displacement/cm Specimen Strain Displacement/cm
−3
15 0.02 0.20 0.8
10 0.01 0.15 0.4
0.57 ℃ 5 0 0.98 ℃ 0.10 0
0 −0.01 0.05 −0.4
−5 −0.02 0 −0.8
4 0.02 0.18 0.6
2 0.01 0.12 0.3
0.37 ℃ 0 0 1.27 ℃ 0.06 0
−2 −0.01 0.03 −0.3
−3 0 −0.6
6 0.04 0.16 0.6
4 0.02 0.12 0.3
0.66 ℃ 2 0 1.74 ℃ 0.08 0
0 −0.02 0.04 −0.3
−2 −0.04 0 −0.6
10 0.006 0.16 0.50
4 0.004 0.12 0.25
0.18 ℃ 0 0 0.89 ℃ 0.08 0
−4 −0.004 0.04 −0.25
−6 −0.006 0 −0.50
1.0 0.006 0.12 0.4
0.5 0.003 0.09 0.2
0.83 ℃ 0 0 1.33 ℃ 0.06 0
−0.5 −0.003 0.03 −0.2
−1.0 −0.006 0 −0.4
81.3 μs Temperature measuring point 162.6 μs

图 13 混凝土试件的 DIC 结果示意图
Fig. 13 DIC results of concrete specimen

从位移场分析可知，SPFRC 试件在 SHPB 劈裂冲击下从中间破碎，发生上下方向的位移。这种位移
行为受钢纤维桥接作用的影响，钢纤维分布在混凝土基体中形成连接网络，阻止了裂纹的快速扩展和整
体断裂，减缓了破坏速度。随着钢纤维体积掺量的增加，上下位移量减小，钢纤维使混凝土表现出更好
的抗裂性能和能量耗散能力。
温度场的变化则揭示了热力耦合效应。在 81.3 μs 时，温度虽然有所升高，但升幅较小，仅表现为局
部轻微升温，这与裂纹形成的初期阶段相对应。而在 162.6 μs 时，随着裂纹扩展和裂缝逐渐贯通，摩擦和
剪切效应显著增加，导致裂纹处的温度迅速升高。

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