低速冲击下石灰岩动态损伤研究：霍普金森压杆实验

"武宇，刘殿书，张青成，等．低速冲击作用下石灰岩动态损伤力学特性研究［J］．河南理工大学学报(自然科学版)，2017，36(6):139-144．doi:10．16186/j．cnki．1673-9787．2017．06．022" 这篇研究论文探讨了石灰岩在低速冲击下的动态损伤力学特性，主要关注的是在特定冲击速度下的材料响应。研究人员利用霍普金森压杆（SHPB）实验设备，对波长为1.2和1.6米的两种应力波作用下的石灰岩试样进行了实验。这些实验是在37米/秒的低速冲击条件下进行的。 实验结果显示，石灰岩在这样的冲击下显示出明显的应变率效应和波长效应。应变率效应是指材料的力学性能随应变率的变化而变化，这在石灰岩中表现为子弹速度与应变率的关系呈指数增长。波长效应则指应力波在传播过程中的特性变化，对材料的损伤有直接影响。 在应变率低于60秒^-1的情况下，石灰岩的损伤程度与应变率之间也呈现指数关系。同时，应变率的增大与峰值应力的增加成正比，这意味着更高的应变率会导致更大的应力峰值，从而可能造成更严重的损伤。此外，研究还发现石灰岩的弹性模量与损伤程度线性相关，即随着损伤的增加，材料的弹性性能会逐渐减弱。 基于这些观察，研究人员提出了一种适用于低速冲击条件下的石灰岩损伤计算模型，该模型用公式D=Ae^αε(βE+γ)表示，其中D代表损伤，A、α、β和γ是待确定的参数，ε是应变，E是弹性模量。通过拟合实验数据，他们能够估算出这些参数，并验证模型的准确性。 这个研究对于理解石灰岩在地质工程、矿山开采、爆破作业等领域的应用具有重要意义，因为这些场景中常常涉及到低速冲击。了解石灰岩在这些条件下的动态损伤特性，有助于预测和控制结构的稳定性，减少因材料损伤导致的安全风险。同时，提出的损伤模型可以作为工程计算的工具，为实际工程问题提供理论支持。