疲劳荷载对橡胶-钢纤维混凝土变形、能量及损伤性能的影响

为了探究橡胶-钢纤维混凝土(R-SFC)在疲劳荷载下的变形、能量以及损伤特性,本文利用电液伺服万能试验机对R-SFC进行静态压缩增幅循环加-卸载试验。结果表明:应力-应变曲线由密变疏,同时应力退化也逐渐增大;随着循环次数的增加,不闭合度呈现先减小后趋于稳定再增大的“三阶段”变化;加、卸载变形模量随着循环次数的增加而逐渐增大,且卸载变形模量小于相应的加载变形模量;加载应变、累积残余应变随着循环次数的增加而增大,且钢纤维混凝土(SFC)的加载应变和累积残余应变均大于R-SFC;总输入能速率、弹性应变能速率随着循环次数的增加而增大;随着循环次数的增加,耗散能先缓慢增大再迅速增大,且R-SFC的耗散能大于SFC;累积残余应变损伤和能量耗散损伤随着循环次数的增加而逐渐增大,且R-SFC的能量耗散损伤大于SFC,但R-SFC的累积残余应变损伤则小于SFC。     

循环荷载下颗粒材料力学行为的离散元模拟

本文基于离散单元法,研究了轴压和围压共同作用下的压缩实验中循环荷载对颗粒材料力学行为的影响.在PFC2D中建立了离散颗粒模型,并开发了相应程序以实现其数值模拟,重点关注了循环荷载条件下颗粒材料组构各向异性、应力应变曲线及剪胀性的演化规律.数值结果表明,加载阶段垂直方向组构各向异性变化增强,卸载阶段水平方向组构各向异性增强,且随着循环次数的增加,水平方向组构各向异性变化强于垂直方向组构各向异性.循环过程产生的塑性滞回环的第1次与第2次循环有明显的差别,循环次数越多,滞回环区别越小,近乎重合.随着围压的增加,积应变增加,且体积应变-轴向应变曲线随循环次数的增加更快趋近于重合.     

循环加、卸载速率对砂岩变形和渗透特性的影响

通过煤岩热流固耦合试验系统(THM-2)对砂岩进行循环加、卸载试验,研究加、卸载速率对其变形和渗透特性的影响.结果表明:初始循环时,岩石的轴向变形量△ε1较大,随着循环试验的进行,△ε1趋于稳定,受卸载速率v2的影响较小.加载变形模量和卸载变形模量均逐渐上升,随着循环次数的增加,上升速度逐渐变缓;同一循环内,卸载变形模量大于加载变形模量,且随着加、卸载的进行,差值逐渐减小.加载阶段和卸载阶段渗透率变化量的差值随着循环次数的增加逐渐减小;从第5次循环开始,渗透率曲线呈“∞”形,渗透率演化规律可以用轴向应变的变化特点表征,轴向应变的变化量△εi1受到卸载速率vi2和应力加载上限σimax的综合作用,二者对应变在卸载初期起到积极的促进作用,三者之间的相互关系可用幂函数表达.     

复杂应变路径下Q&P980超高强钢的非弹性回复行为

板材成形过程中复杂加载路径的改变会影响其弹塑性流动行为。以超高强钢淬火—配分(quenchingpartitioning,QP)980钢为研究对象,在室温下沿着轧制方向的不同角度进行2步拉伸实验,得到不同应力状态下的应力—应变曲线,并根据单位体积塑性功相等原则,确定了板材不同等效塑性应变(0%、1%、4%、6%)下的实验屈服轨迹。结果表明:在应变路径变化上,初始流动应力显著降低,特别在45°和90°方向上,瞬时时段之后的流动应力存在持续的偏移,较大应变条件下各向异性比较明显。实验屈服轨迹呈外凸性,部分屈服轨迹不对称,随变形程度的增加,屈服轨迹向外扩大。通过对比简单加载和循环加载,分析其弹塑性行为,并建立各自的卸载弦数学模型,指出弹性模量随应变的增加而降低,降低到一定程度后趋于平缓。在相同塑性应变下,循环加载时弹性模量的变化值比简单加载时要大。     

应变控制方式下ZG270-500材料特性试验研究

以工程领域常用材料ZG270-500为研究对象,通过多组应变控制下的循环加载试验,分析了不同加载工况下的应力应变滞回曲线特征及响应应力幅值随循环次数的变化规律。试验结果表明,ZG270-500钢在单级应变循环载荷作用下表现出循环硬化特性和包申格效应;随着循环周次的增加,循环硬化速率最终趋于稳定的常值,且此常值与外加应变载荷幅值呈线性关系,正向加卸载分支比反载分支的包申格系数明显偏大,且都随应变幅值增大逐渐减小,即包申格效应减弱;多级应变循环加载时,前期较大的应变历史会提升后续小应变时的响应应力幅值。     

循环荷载作用下海北地区原状黄土动力特性试验研究

为了探究固结应力比、循环动应力比与加载频率对原状黄土动力特性的影响,本文以青海省海北地区原状黄土为研究对象,基于英国GDS双向动态三轴试验系统,考虑土体不同起始应力状态及交通荷载不同动力条件进行试验。结果表明:固结应力比、循环动应力比与加载频率对原状黄土的轴向累积应变、回弹应变与回弹模量均有影响,且固结应力比相较于循环动应力比和加载频率其影响要更为显著,固结应力比K=1.0时土体的回弹应变大致为K=1.67时的2倍;在不同试验条件下,回弹模量均在加载初期变化较大,循环次数达到500次后,回弹模量随循环次数的发展基本不变;当K=1.0,f=3.0,循环动应力比由0.1增加到0.7时,回弹模量衰减程度最大,能达到21.60%,当K=1.67,f=3.0时,回弹模量衰减达到10.52%;回弹模量随固结应力比与加载频率的增大而增大,随循环动应力比的增大而减小;轴向累积应变随固结应力比与循环动应力比的增大而增大,随加载频率的增大而减小,不同试验条件下,在循环次数N=500次时轴向累积应变基本达到稳定状态。     

石墨密封垫片的循环压缩回弹性能

通过试验研究了核级石墨密封垫片的循环压缩回弹性能。在常温下对垫片开展了加载速率分别为0. 25 MPa/s、0. 5 MPa/s及1 MPa/s的循环加载试验。在加载速率固定为0. 5 MPa/s时,对比研究了垫片在100℃及300℃下的循环加载性能,得到了不同工况下的应力-变形曲线,并计算出垫片在各工况下不同循环内的最大压缩量、压缩率及压缩模量。研究结果表明,在常温下,垫片的压缩模量随加卸载速率的增大而增大;在0. 5 MPa/s的加卸载速率下,垫片的压缩模量随温度升高而增大;而在每一种工况下,垫片的压缩模量均随试验循环次数的增加而减小,最大压缩量均随循环次数增加而增加,出现明显的塑性应变累积现象。     

分级循环荷载下泥岩和砂岩的阻尼特性试验研究

为研究岩石在不同应力水平循环荷载作用下轴向与径向变形的应力应变滞后关系及径向阻尼比与轴向阻尼比的关系,在MTS815岩石力学试验系统上对饱和泥岩与饱和砂岩进行变幅分级循环荷载试验。研究结果表明:同一岩石在循环荷载作用下的径向滞回环与轴向滞回环形状保持一致;对于砂岩,在加载时应变相位超前于应力相位,在卸载时应变相位滞后于应力相位,由此导致滞回环加卸载段都呈下凸状;对于泥岩,在加载时应变相位同步或滞后于应力相位,在卸载时应变相位滞后于应力相位。应力幅值不变时,随着循环次数的增加,阻尼比趋向于稳定,应力幅值越大,阻尼比越大。泥岩的阻尼比大于砂岩的阻尼比,泥岩和砂岩的径向阻尼比都大于轴向阻尼比,且在循环加载的初始阶段,泥岩和砂岩的径向阻尼比增长速率较快。随着径向应变与轴向应变比的增大,径向阻尼比与轴向阻尼比的比值逐渐减小,两者之间的关系为线性关系。     

超弹性NiTi丝的力学性能

研究了常温下循环加载次数、应变幅值、加载速率等对NiTi形状记忆合金丝相变应力、单圈耗能、变形模量、等效阻尼比及残余应变等力学性能参数的影响规律.结果表明:在一定加载速率下,随着循环次数的增加,正、逆向相变应力均有降低,正向相变应力降低的幅度更大,正向相变应力在20个循环后趋于稳定,逆向相变应力在5个循环后趋于稳定;单圈耗能随循环次数的增加而减小,从第1圈到第30圈,能耗减幅达33%;残余应变随循环次数的增加而增大,第30圈时达饱和值0.4%;等效阻尼比随应变幅值的增加呈先增大后减小的趋势,幅值7%时达最大值,卸载模量随应变幅值增大而减小;加载速率影响材料的相变应力及耗能,相变应力随加载速率增加而增加,材料的耗能能力随加载速率增加而降低,但降低幅度不大.     

循环加卸载下饱和岩石变形破坏的损伤与能量分析

以中关铁矿深部饱水闪长岩单轴循环加卸载的室内力学试验结果为基础,结合线弹性损伤力学理论,针对饱和岩石在单轴循环加卸载作用下的变形、损伤及能耗特性进行了研究.结果表明:每一级加载与卸载过程的应力-应变曲线均呈内凹形,随着循环次数及应力水平的增加,塑性滞回曲线向应变增大的方向移动,且应变中不可恢复的变形逐渐减小;轴向应变、横向应变和体应变的绝对损伤参数与累积损伤参数均随循环次数及应力水平的增大而增大,且三者的变化趋势基本一致;能量耗散值与循环的次数近似呈线性关系,后一循环的能耗不等于前几次循环能耗之和.     

NiTi形状记忆合金丝拉伸试验研究

通过对常温下的NiTi形状记忆合金丝进行拉伸试验,研究这种形状记忆合金材料的超弹性能力和加卸载循环下的耗能能力.根据试验结果分析应变幅值、加载频率和循环次数对这种记忆合金材料在奥氏体状态下加卸载循环时的等效刚度、单位循环的耗能能力和等效阻尼比的影响,并对三个特征参数随工作温度变化的规律进行了理论分析,为形状记忆合金阻尼器在工程结构中的应用奠定基础.     

分级加载下核级石墨密封垫片的压缩回弹性能研究

为加强核级石墨密封垫片的密封效果,提高核电密封系统的可靠性,通过试验的方法分别研究了核级石墨密封垫片在4级加载、8级加载和1次加载三种不同加载方式下的压缩回弹曲线以及压缩率、回弹率,通过对比分析,探索加载方式对垫片压缩回弹性能的影响和加载方式对垫片压缩回弹性能作用的内在机理。研究结果表明,分级加载对垫片的压缩回弹性能有较大影响,垫片的石墨密封环随着分级加载次数的增加,塑性变形逐渐积累发生硬化,使得垫片的压缩模量逐渐增大;相较于1次加载,采用4级加载、8级加载使得垫片的压缩率逐渐增大,回弹率不断下降,分级加载次数越多使得垫片压缩回弹性能下降越明显。因此,采用1次加载或较少分级次数加载更有助于保证垫片的密封性能。     

循环荷载作用下绿泥石千枚岩弹性模量演化规律试验研究

对取自四川西北部典型的绿泥石千枚岩进行常规单轴压缩试验和循环加卸载试验,分析不同加载速率下的强度特征,研究循环加卸载条件下千枚岩弹性模量的演化规律。研究结果表明:千枚岩峰值强度表现出明显的速率依赖性,即峰值强度随加载速率的增加而增大;循环加卸载时,峰值强度表现出明显的"弱化"特征;随着循环次数增加,裂纹损伤强度阈值呈现先增大后降低的变化规律,这种变化不受加载速率的影响;千枚岩弹性模量的变化规律与加卸载路径的变化规律一致,呈现出有规律的"波浪形";单个滞回环内切线弹性模量随应力水平增加呈现出先增大后减小的趋势;在同一应力水平下,切线模量随循环次数增加呈现出增大—平缓—降低的变化规律。     

干湿循环作用对水泥改良泥质板岩土路基动力响应影响的模型试验

在室内设计和建立模拟路基干湿循环、开展路基动力加载与动力响应测试的水泥改良泥质板岩土路基动力试验系统,该试验系统主要包括足尺比例的路基模型、反力架、电液伺服协调加载系统、路基动力响应测量系统和用于控制路基干湿循环的水池等,利用该试验系统开展干湿循环条件下的路基动力响应测试。首先对路基进行干湿循环处理,然后采用正弦波形式的循环动力对已经经历干湿循环(干湿循环总次数为15)的路基模型进行加载,同时对路基横断面上各测点的竖向动应力、竖向动应变和竖向累积变形等动力响应物理量进行数据采集,根据试验结果分析干湿循环次数和测得的动力响应物理量之间的关系。研究结果表明:干湿循环作用对水泥改良泥质板岩土路基的动力响应有一定影响;在加载动力一定的条件下,随着干湿循环次数增加,测点的竖向最大动应力逐渐减小且减小到一定程度后趋于稳定,而竖向最大动应变和竖向累积变形均逐渐增加且增加到一定程度后也趋于稳定;随着干湿循环次数增加,测点的竖向最大动应力和竖向最大动应变沿路基深度方向的衰减均逐渐增大且增大到一定程度后趋于稳定。     

单循环加载过程中砂岩能量演化规律

为进一步探究岩石损伤破坏机理,采用SANS材料试验系统对砂岩进行等加荷单循环加载试验,基于单循环加卸载过程中的应变滞后效应及残余应变的影响,对能量密度计算方法进行了修正。结果表明:修正后计算得到的耗散能要比常规计算方法要小,岩样的修正耗散能占常规方法计算的耗散能的1/5～9/10,随着循环加载次数的增多,修正耗散能的值愈来愈趋近于常规计算方法的值。由于耗散能引起岩石的内部损伤,导致残余应变随着循环加卸载次数增加而逐渐减小。试验过程中当循环次数接近6次时出现了塑性变形,岩样进入加速破坏的阶段,岩石单循环过程的能量耗散保持增大的趋势。岩体损伤情况是影响能量耗散的重要因素,整体的单循环能量耗散率与损伤变量趋势保持一致,研究结论可以揭示岩石在单循环加卸载作用下的力学特性及能量演化特征。     

阶段性循环载荷对突出煤样渗透特性的影响

利用自行研制的“含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流系统”,进行固定瓦斯压力及不同围压和循环载荷情况下突出煤煤样变形渗透特性试验研究。结果表明：加载路径对煤样的力学特性影响显著,循环载荷试验和全应力应变曲线总体趋势相同,循环荷载作用下煤样的峰值应力比全应力应变的低;煤样在周期性循环荷载作用下的卸载应力应变曲线与加载应力应变曲线不相重合,形成封闭的滞回环。渗透率与煤样的损伤变形进程密切相关,在循环荷载下,渗透率在卸载过程中逐渐增大,加载过程中逐渐减小;卸载时渗透率应变曲线和加载时渗透率应变曲线会围成封闭环,与煤样的轴向应力应变封闭滞回环相对应,其所围面积随着围压和应力水平增加而减小。     

高温后花岗岩循环加卸载力学行为数值模拟

高放核废料处置库在开挖和使用过中围岩不断承受周期荷载,进而影响了高放核废料处置库的安全稳定。基于此,本文使用数值模拟方法研究了高温作用后花岗岩循环加卸载力学行为,在得到一组可以反映高温作用后花岗岩三轴压缩力学行为细观参数的基础上,分析了温度及围压对循环加卸载应力-应变曲线、弹性模量和破裂过程的影响。研究结果表明,常温下循环加卸载应力-应变曲线与单调加载吻合较好,循环加卸载造成宏观裂纹两侧晶粒脱落;600°C高温处理后,单轴循环加、卸载过程都会对应微裂纹增加,导致应力-应变曲线偏离较多。而高围压限制了卸载过程微裂纹数目增加及Felicity效应,循环加卸载峰值强度与单调加载差距明显减小,但循环加卸载会造成宏观裂纹两侧出现晶粒压碎现象。弹性模量随循环次数变化主要分为峰前阶段、峰后破裂阶段及残余强度阶段。600°C处理后试样内存在大量热裂纹,弹性模量峰前阶段会存在明显上升阶段,且对围压更加敏感。     

基于声发射参数的混凝土循环加卸载动态损伤破坏特性研究

对5种不同几何尺寸与不同配合比的混凝土试件进行了不同加载速率下的单轴压缩试验,同步进行了声发射(AE)数据的采集;在对比分析AE参数与应力应变关系的基础上,进行了不同加载速率下的混凝土损伤机理与破坏机制研究;通过分析不同加载速率下的应力应变全曲线,研究了循环加卸载中的损伤破坏特性的速率效应;构建了基于AE参数的损伤变量模型,并基于该模型进行了动态损伤特性分析.结果表明:混凝土的峰值应力与弹性模量随加载速率的提高而增大,表现出明显的规律性;但峰值应变随加载速率的变化而表现出较大的离散性.峰值应力前的AE能量随加载速率的提高而增加;加载速率越大,上升幅度越大,峰前释放的能量越大,混凝土内部破坏越严重,残余能量不足以维持试件继续承受更多的循环加卸载而直接进入破坏阶段;峰后可完成的循环加卸载次数随着加载速率的提高而减少.在不同加载速率下材料损伤破坏的路径不同,但损伤起点与破坏终点是重合的;随加载速度提高,损伤破坏的路径变短,加载速率差异越大,损伤破坏路径差异越大;混凝土在不同应力阶段的损伤程度及破坏形态与加载速率有较强的相关性.加载速率的提高改变了混凝土的能量释放过程与方式,形成了不同的损伤破坏机制,在不同加载速率下的损伤破坏机理存在较大差异.     

单轴循环荷载对煤弹塑性和能量积聚耗散的影响

为了研究循环加载对煤岩弹塑性和能量积聚耗散的影响,对二2煤进行了单轴压缩循环加载实验,分析得出首次加载、卸载、再加载弹性模量呈正相关关系;随着循环数的增加,弹性应变会表现出倒"U"形变化,塑性应变表现出"U"形变化的规律,由应变引起的弹性模量E、弹性能量指数Wet和能量耗散率Wed都表现出倒"U"形变化的规律,首个平均弹性模量变化率η为30%,耗散的能量j sd呈"U"形变化,当弹性能量指数Wet达到最大值时,冲击现象最容易发生;分析出微裂纹的萌生传播速度随应力振幅的增加而增加,微塑性变形速度也随之增加,弹性能量指数在压密和线弹性阶段随加载程度的增加表现出先增加后减小的趋势,在"弹塑性临界点"达到最大值.     

等荷载循环加卸载下砂岩变形滞回环特性

通过对砂岩试件等荷载循环加卸载试验,探究了砂岩试件的变形特性及塑性滞回环演化特征。结果表明:加载终点与卸载终点应变值均随着循环数有所增加,每一次循环均产生了一定的塑性变形,后四次循环新产生的塑性变形远小于初始循环,且随着循环数增加变形呈逐渐减少的趋势,最终试件被逐步压实,呈现出应变硬化现象。依据滞回环位置指标,发现塑性滞回环随着循环数增加逐渐右移,滞回环面积大小与应变值相关,循环加卸载终点的应变值越大,滞回环面积则越大,滞回环面积随循环数增加逐渐增大。