Page 156 - 《爆炸与冲击》2026年第2期

第 46 卷 高 矗，等： 剪切增强和应变率效应对混凝土类材料状态方程的影响 第 2 期

0.8

Continuous loading curve
by Yankelevsky, et al [30]
Loading-unloading curve
0.6 by Yankelevsky, et al [30]
Continuous loading curve
p/GPa 0.4

0.2

0 0.04 0.08 0.12 0.16 0.20
μ
图 2 水泥砂浆 HC 实验加载/卸载曲线
Fig. 2 Loading-unloading curves from HC experiment for cement mortar
1.2 FPI 实验 [2]
Wang 等 [2] 利用轻气炮对水泥砂浆进行了 2 种类型的 FPI 实验。第 1 种为采用内嵌粒子速度计
（embedded electro-magnetic particle velocity gauge, EMV）方法的 FPI 实验，撞击速度范围为 45～288 m/s，
∅ 50 mm×25 mm，
在一级轻气炮上进行。水泥砂浆飞片的尺寸为 ∅ 50 mm×8 mm，水泥砂浆靶体的尺寸为
靶体沿纵轴方向被分割成相等的 2 片。厚度约为 60 µm 的粒子速度计夹在 2 片靶体中间，由 5 个间距
为 2 mm 的铜膜传感器组成。由于飞片和靶体均采用相同材料水泥砂浆，这种实验被称为对称 FPI 实验 。
[22]
图 3 给出了撞击速度为 288 m/s 的对称 FPI 实验中测得的粒子速度时程曲线。其中，测点 1 和 3 分别位于
水泥砂浆靶体中沿纵轴方向距撞击面中心 2 和 6 mm 处。
第 2 种为采用多普勒光纤测速系统（Doppler probe system, DPS）方法的 FPI 实验，撞击速度范围为
∅ 20 mm×3 mm，PMMA 透明窗口
314～1 970 m/s，在一级或二级轻气炮上进行。水泥砂浆靶体的尺寸为
∅ 48 mm×1.5 mm ∅ 48 mm×
的尺寸为 ∅ 20 mm×8 mm；飞片的尺寸为 或 ∅ 56 mm×3.5 mm，基板的尺寸为
1.5 mm，飞片和基板均由无氧铜（oxygen-free high conductivity copper, OFHC 铜）制成。由于飞片由已知粒
子速度与波速关系的金属材料制成，而靶体为待测试材料水泥砂浆，这种实验被称为正向 FPI 实验 [22] 。
图 4 给出了撞击速度为 475 m/s 的正向 FPI 实验中得到的粒子速度时程曲线。其中，DPS-Ⅰ为无氧铜基
板背后的粒子速度时程曲线，DPS-Ⅱ为水泥砂浆靶体与 PMMA 透明窗口界面的粒子速度时程曲线。
Wang 等 [2] 开展的 FPI 实验的飞片撞击速度范围为 45～1 970 m/s，表 2 和图 5 给出实验测得的不同
飞片撞击速度下水泥砂浆靶体纵波波速与粒子速度关系（u -u 关系）数据。由图 5 结合图 3～4 可以看
p
s

160 500
140 Rarefaction wave 400 Rarefaction wave
Particle velocity/(m·s −1 ) 100 Plastic Test data [2] [2] Particle velocity/(m·s −1 ) 300 Shock wave Test data
120
Shock
wave
80
200
First gauge
60
[2]
DPS-Ⅰ
Third gauge
wave
40
Plastic wave
Numerical prediction
First gauge
DPS-Ⅰ
20 Precursor Numerical prediction 100 Precursor DPS-Ⅱ [2]
Third gauge
0 DPS-Ⅱ
0 2 4 6 8 10 −0.5 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
Time/μs Time/μs
图 3 撞击速度为 288 m/s 的对称 FPI 实验粒子速度时程 图 4 撞击速度为 475 m/s 的正向 FPI 实验粒子速度
[2]
曲线 与数值计算预测结果的对比 时程曲线 与数值计算预测结果的对比
[2]
Fig. 3 Comparison of particle velocity-time histories recorded Fig. 4 Comparison of particle velocity-time histories recorded
in symmetric FPI experiment at an impact velocity of 288 m/s [2] in normal FPI experiment at an impact velocity of 475 m/s [2]
with ones predicted by numerical computation with ones predicted by numerical computation
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