脆性材料SHPB试验中实现近似恒应变率加载必要性的研究

基于分离式霍普金森压杆(SHPB)试验的数值模拟,对脆性材料SHPB试验中是否需要实现近似恒应变率加载的必要性进行了研究。结果表明在脆性材料的SHPB试验中,即使整形入射应力波在反射应力波中产生了一个近似平台,脆性材料试样中仍旧存在显著的由惯性产生的径向围压,说明在SHPB试验中实现了由反射应力波中的近似平台所表征的近似恒应变率加载也不能表示SHPB试样中的应变率为近似恒定。因此,在脆性材料SHPB试验中应用波形整形技术并不能改变转折应变率表征SHPB试样中应力状态转变的特性。无论是否采用了波形整形技术,应用脆性材料SHPB试验结果时都应考虑惯性引起的径向围压的影响。     

应力比对脆性材料断裂影响及应变断裂准则验证

应用材料破坏分析软件MFPA2D(material failure process analysis),模拟了平面应力下双向应力比不断变化条件下脆性材料的不同破坏失稳过程,并以玻璃为例,重点研究了其在复杂应力状态下不同双向应力比对脆性材料裂纹扩展和断裂的影响. 研究结果表明,裂纹失稳扩展时的应力强度因子值随着双向应力比的升高而升高. 该结果证明双向应力确实对脆性材料的断裂韧性有影响. 理论分析得出的应变失效准则与数值模拟研究结果及试验结果的比较研究表明,应变失效准则作为脆性材料在双向应力下的断裂准则是可行的.     

基于广义最大周向应变准则的断裂特性研究

裂纹尖端应力场的非奇异性常数项（T应力）对脆性或准脆性材料的断裂特性及裂尖塑性区的形状和大小都有显著的影响。为了探究T应力对脆性或准脆性材料I~II复合型断裂特性的影响规律,基于先前研究中提出的计及T应力影响的广义最大周向应变准则进一步讨论了T应力、裂纹尖端的临界距离r₀和泊松比ν对中心裂纹圆盘试件的裂纹扩展路径以及临界应力强度因子的影响规律,并利用该准则对基于中心裂纹圆盘试件的断裂试验结果进行了有效评估。结果表明：与传统的最大周向应变准则相比,中心裂纹圆盘试件中由于负T应力的存在,会使得裂纹开裂角的绝对值减小,同时使得临界应力强度因子（断裂韧度）的值增加。考虑了T应力影响的广义最大周向应变准则能很好的对试验结果进行预测;并且在纯II型时,基于广义最大周向应变准则的理论预测值比基于广义最大周向应力准则的理论预测值更接近试验值。     

水泥-聚苯乙烯轻质材料的准静态压缩力学行为

根据Gibson-Ashby模型中的多孔材料力学行为理论,对水泥-聚苯乙烯轻质材料的准静态压缩应力-应变曲线进行了预测,并通过试验对其进行验证,分析了纤维、乳胶粉、压缩比及养护方式对应力-应变曲线的影响.讨论了脆性抗压强度的变化规律,根据Gibson模型的强度理论拟合、分析了抗压强度与密度的关系.结果表明:材料的压缩应力-应变曲线可根据Gibson理论中弹性多孔材料和弹脆性多孔材料的应力-应变曲线进行复合,预测结果与实验结果基本一致;纤维、乳胶粉、压缩比和养护方式对曲线的线弹性、平台、密实化三个阶段均有一定的影响,也影响材料的脆性抗压强度;纯水泥组、加纤维组和高压缩比组脆性抗压强度的拟合相关性较高,而由于乳胶粉和蒸汽养护影响了孔壁的破坏强度,所以该两组的拟合相关性较低.     

SHPB测试中斜坡加载对应力均匀性和恒应变率的影响分析

针对传统霍普金森压杆(SHPB)研究脆性材料和粘弹性材料的动态力学性能时,主要存在早期甚至整个实验过程的应力不均匀和应变率不恒定,严重影响实验结果的有效性和精确性.根据SHPB实验中应力的传播过程,分析了斜加载脉冲在加载过程中对试样应力均匀性和恒应变率的影响.计算分析和实验结果表明,斜坡越平缓,越有助于试样内部应力的均匀分布和应变率更快地趋向恒定,从而能使应力均匀状态和恒应变率状态保持更长的时间.     

水工结构脆性材料模型试验的探讨

本文根据多组次试验结果,对山西平陆白石膏(脆性模型材料)的各项性能指标作了扼要的阐述,并就模型粘结剂和电阻应变片粘结剂提出了对比试验结果及评价。为了在电测试验资料的分析计算中实现计算机化,重新推导了由应变换算应力的三元应力计算公式,编制了相应的 PC 计算机 BASIC 语言程序。     

大岗山坝区辉绿岩卸围压三轴流变试验及分析

为研究硬脆性岩体的卸荷流变力学特性,以大岗山水电站坝区为依托,经过现场采样取芯,采用三轴流变试验机,开展硬脆性辉绿岩不同应力路径下的三轴流变试验研究。研究结果表明:卸荷流变和加载流变都存在门槛效应;加载流变破坏的侧向应变为轴向应变的2~3倍,卸荷流变破坏时为1~7倍;加载流变破坏形态主要为剪切破坏,而卸荷流变破坏形态主要为劈裂破坏;轴向应力σ1恒定卸围压流变时岩样表现出的脆性比偏应力(σ1-σ3)恒定卸围压流变更为剧烈;二者的流变破坏破坏强度均比常规三轴强度低。     

脆性涂料的研制进展

脆性涂层法是实验应力分析的常用方法之一。该方法经济实用,在国外已有四十多年的历史,国内也曾有人作过一些研究和个别应用,但由于没有进行系统的研究工作,所以,至今还没有脆性涂料的产品。根据这一情况,杭州余热锅炉研究所强度组虞炳中等在搜集大量资料的基础上,进行了脆性涂料的试制研究工作。目前,已研制成热固型的脆性涂料,并作了各种性能的多次系统测试工作,取得了初步成果。并准备进一步研制自然干燥脆性涂料。     

复合板材双剪切试验方法与装置

针对复合板材在工程应用中的力学性能分析需求,为测量其平行于试件面板方向的剪切破坏荷载,以能够较准确表征复合板材双剪状态下的应力分布情况,研究了复合板材双剪切试验方法,设计了双剪切试验装置,并对不同芯材和不同厚度的结构保温板进行了双剪切试验,分析了其破坏形态和剪切力学性能。研究结果表明:各试件双剪切破坏面形态合理,应力-应变曲线数据稳定;EPS(聚苯乙烯泡沫)芯材试件抗剪破坏形式为脆性破坏,而岩棉芯材试件受剪开裂后,抗剪强度不会立即丧失,而是逐渐降低;随着试件芯材厚度的增加,EPS芯材试件应力峰值和应变随之减小,两者变化均为非线性,而岩棉芯材试件应力峰值随之减小,应变则无明显相关关系。该方法与装置为进一步研究复合板材的力学性能提供了试验方法。     

岩石强度准则理论的探讨

岩石的应力、应变增长到一定程度,岩石就要发生破坏。用以表征岩石破坏条件的函数(应力及应变函数),称为破坏准则或强度准则。强度准则的建立,应反映岩石的破坏机理。岩石的破坏,通常可以分为脆性破坏和延性破坏。前者特点是岩石达到破坏时不产生明显的变形,后者的特点是破坏时会产生明显的塑性变形而不呈现明显的破坏面。岩石之所以能产生脆性或延性破坏,除了受到应力及应力状态影响外,也受到温度、应变率,地质构造等因素的影响,但目前大多数岩石破坏准则仅仅认为与应力或应变状态有关。本文主要针对库仑—纳维叶破坏准则进行探讨。     

基于全应力—应变曲线的盖层岩石脆性评价改进方法

地下储气库储气能力与其盖层岩石的脆性有着密切的关系,较脆的盖层在注气过程中容易产生破裂,可能会导致油气渗漏。为合理准确地评价盖层岩石的脆性,通过归纳总结并分析现有的基于硬度或坚固性、强度、矿物组成、应力应变曲线等脆性指标的局限性,提出一种基于全应力—应变曲线的岩石脆性评价改进方法,综合考虑塑性屈服特征、应力状态及屈服阶段对岩石脆性进行评价,并与已有的脆性指标对比以验证方法的有效性。将方法应用于实际储气库评价工程,评价了X9、D5盖层岩石的脆性,得到X9盖层岩石脆性比D5强的结论,即D5盖层岩石塑性变形能力较X9好。研究结果解决了现有评价方法对存在相同屈服平台高度但屈服平台长度不同的岩石脆性评价的不足之处,对储气库盖层岩石脆性评价具有指导意义。     

自然干燥型应变脆性涂料

YT—500自然干燥型应变脆性涂料已由余姚仪表二厂研制成功,通过了省级技术鉴定,并投入批量生产。自然干燥型脆性涂料,在国外早已广泛应用,     

水泥乳化沥青砂浆力学性能的能量机制

研究了CRTS I型水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)在不同应变率加载条件下的总应变能、耗散应变能和弹性应变能的演变规律,结果表明:应变率越大,CA砂浆内部积聚的弹性应变能越多,峰值应力越大;弹性应变能在峰值应力前大量积聚,之后不断释放转化为破裂面贯通的表面能;应变率越大,弹性应变能占总应变能的比例(We/W)减小的幅度越小,但弹性应变能的释放量越大,释放的速率也越高,CA砂浆强度衰减越快,脆性越明显;耗散应变能随应变增大而不断增加,耗散应变能主要以裂纹的扩展与错位摩擦的方式产生;应变率越大,CA砂浆内部产生的细小裂纹越多,裂纹的扩展受到变形速率的限制,耗散应变能占总应变能的比例(Wd/W)越小.     

Al2O3陶瓷动态力学性能的实验研究

采用改进的SHPB实验方法对Al2O3陶瓷的动态力学性能进行了研究,得到了材料在较高应变率范围内的动态应力应变曲线.结果表明,Al2O3陶瓷为弹脆性材料,其动态应力应变呈非线性关系;在较高的应变率范围内,陶瓷材料的动态应力应变关系是与应变率相关的;材料的初始弹性模量、破坏应力、破坏应变值随应变率的增大而增大.由实验结果拟合得到了材料的动态本构方程.     

高应力下脆性岩石卸荷力学特性及数值模拟

高地应力下脆性岩体工程开挖变形机理、稳定性评价及灾害控制技术研究一直是岩石力学和工程地质研究的难点问题。基于高应力下脆性岩石卸荷力学试验分析,明确了卸荷过程中的岩石力学参数及变形破坏演化规律,发现高应力下脆性岩石的破坏具有较明显的应变强度特征。分析了高应力下脆性岩石卸荷破坏采用张拉屈服的Griffith应变强度准则的合理性,建立了考虑卸荷屈服引起岩体力学参数变化的弹脆塑性数值计算方法,并在实际工程中得以验证。     

高锰TWIP钢热变形行为及应变补偿型本构方程的建立

对高锰TWIP钢进行不同温度(850~1100℃)和应变速率(0.01,0.1,1,5,10s^-1)的绝热压缩试验,研究试验钢高温热变形行为. 分析了变形温度和应变速率对流动特性的影响,建立了应变补偿型本构方程,并采用三种标准统计参数对应变补偿型本构方程的精确度进行了评估. 结果表明:流动应力对变形温度和应变速率的敏感程度很高,且随着变形温度的提高或应变速率的降低,流动应力呈下降趋势;应变速率对动态再结晶过程有着很复杂的影响;流动应力预测值与试验值具有较高的吻合度,表明建立的应变补偿型本构方程能够精确预测流动应力.     

高温水环境下温度对316 L不锈钢应力腐蚀开裂的影响

在高温水环境中,采用慢应变速率拉伸实验方法研究了温度对316 L不锈钢应力腐蚀开裂的影响规律,并通过扫描电镜(SEM)对试样断口形貌进行分析. 结果表明:在高温水环境中,温度为200～345 ℃时316 L不锈钢具有应力腐蚀开裂敏感性;材料脆性指标随温度升高而增大,应力腐蚀开裂敏感性增强,断口分析与之吻合;250 ℃是316 L不锈钢发生应力腐蚀开裂的敏感温度,断口边缘形貌呈现明显脆性断裂特征.     

脆性材料在双向应力下阻力特性数值模拟

应用一个材料失效分析模拟软件MFPA2D模拟了玻璃在平面双向应力下不同破坏失稳过程,重点研究了平行于裂纹面的应力对脆性材料临界断裂参数的影响,运用数值模拟和试验及理论分析相结合的方法,阐明脆性材料在双向和单向应力下断裂参数的区别等问题.研究结果证明,双向应力对断裂韧性有明显影响,平行于裂纹面的拉应力对裂纹扩展有抑制作用,压应力对裂纹扩展有促进作用.因此,线弹性材料在双向荷载作用下,传统的应力强度因子准则不适用,裂纹扩展由裂纹尖端应变决定,即双向应力下裂纹扩展具有应变依赖性.     

高锰TWIP钢热变形行为及应变补偿型本构方程的建立

对高锰TWIP钢进行不同温度(850～1 100℃)和应变速率(0.01,0.1,1,5,10 s~(-1))的绝热压缩试验,研究试验钢高温热变形行为.分析了变形温度和应变速率对流动特性的影响,建立了应变补偿型本构方程,并采用三种标准统计参数对应变补偿型本构方程的精确度进行了评估.结果表明:流动应力对变形温度和应变速率的敏感程度很高,且随着变形温度的提高或应变速率的降低,流动应力呈下降趋势;应变速率对动态再结晶过程有着很复杂的影响;流动应力预测值与试验值具有较高的吻合度,表明建立的应变补偿型本构方程能够精确预测流动应力.     

含中心裂纹石墨烯拉伸性能的分子动力学模拟

基于分子动力学方法,采用Tersoff势函数,研究了含中心裂纹扶手椅型单层石墨烯薄膜的破坏过程.得到了相应的应力-应变曲线及破坏形态,分析了裂纹尺寸、应变率以及温度变化对含中心裂纹石墨烯薄膜拉伸力学性能的影响.研究结果表明:随着裂纹尺寸的增大及温度的升高,石墨烯薄膜的破坏强度和破坏应变均减小,裂纹开始扩展时对应的应力减小;随着应变率增大,石墨烯薄膜的破坏强度和破坏应变均增加,裂纹的起裂应力及扩展过程中的平均速度均增加;薄膜的破坏均是从中心裂纹附近开始,随着裂纹尺寸、应变率及温度的变化,石墨烯薄膜表现出不同的破坏机制;较高应变率作用下,薄膜中心和边缘处均出现C—C键断裂.