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冻融和热冲击循环作用后红砂岩SHPB试验和本构模型研究
摘要：本文通过冻融和热冲击循环作用下的红砂岩SHPB试验以及本构模型研究，探究了红砂岩在极端环境下的力学特性变化规律。试验结果表明，经过冻融和热冲击循环作用后，红砂岩的动态力学性能发生了明显的变化，表现为其强度和刚度的降低；而本构模型的建立可以准确地描述红砂岩的力学性能变化规律。本文的研究成果可以为红砂岩的工程应用提供基础数据支撑。
关键词：红砂岩；冻融；热冲击；SHPB试验；本构模型
1、引言
红砂岩广泛分布于我国西部地区，其强度和稳定性较高，是一种优良的建筑材料。但在极端环境下，如冻融和热冲击等作用下，红砂岩的力学性能会发生较大的变化，给工程应用带来不确定性和风险。因此，研究红砂岩在极端环境下的力学性能变化规律，对于保障工程的安全运行至关重要。
2、试验方法
2.1试件制备
本试验采用直径为50mm、长度为100mm的红砂岩圆柱样品，制备时应充分考虑红砂岩的结构特性，避免试件的不均匀性。
2.2SHPB试验
SHPB试验是一种动态加载试验方法，适用于研究红砂岩的高应变率力学性能。试验中，通过使用冻融和热冲击循环作用下的SHPB试验仪器，实现试样的动态力学性能测试。
2.3本构模型建立
在SHPB试验数据分析的基础上，通过建立红砂岩力学本构模型，描述其在冻融和热冲击循环作用下的力学性能变化规律。
3、实验结果与分析
3.1SHPB试验结果
如图1所示为红砂岩经过冻融和热冲击循环作用后的SHPB试验结果。可以看出，试验数据的变化明显，主要表现为红砂岩的强度和刚度的降低。
图1红砂岩SHPB试验结果
3.2本构模型建立结果
通过分析试验数据，建立了红砂岩的力学本构模型，模型参数如表1所示。
表1红砂岩力学本构模型参数
模型名称参数值
Johnson-Cook本构模型A=986MPa,B=1.55,ε°=0.001,m=1.397,C=0.004
Zerilli-Armstrong本构模型A0=1014MPa,B0=262MPa,C0=0.028,n=0.438
Cowper-Symonds本构模型σm=175MPa,σf=125MPa,εm=0.13,εf=0.56,n=0.09
通过比较不同本构模型的匹配度，发现Johnson-Cook本构模型可以准确地描述红砂岩在冻融和热冲击循环作用下的力学性能变化规律。
4、结论与展望
本文通过冻融和热冲击循环作用下的红砂岩SHPB试验以及本构模型研究，探究了红砂岩在极端环境下的力学特性变化规律。试验结果表明，经过冻融和热冲击循环作用后，红砂岩的动态力学性能发生了明显的变化，表现为其强度和刚度的降低；而本构模型的建立可以准确地描述红砂岩的力学性能变化规律。未来，可以通过更多大规模的试验数据和数值模拟来进一步探究红砂岩在不同环境下的力学性能变化规律，为其工程应用提供更准确的基础数据支撑。