加温过程中缺陷花岗岩的耦合损伤

为了能够正确评价温度作用下缺陷花岗岩的损伤机理,应用热力学、Maxwell应力理论,建立关于集中应力的非线性齐次微分方程,求解出花岗岩缺陷内部集中应力的表达式。采用应变等效原理,把缺陷花岗岩的受热状态分解成两种状态,即宏观缺陷的花岗岩受热状态和随机微观缺陷的花岗岩受热状态。全面分析了宏观裂纹花岗岩的受热过程中的损伤。细致研究内部微观随机性缺陷在受热作用下的损伤的耦合。推导了考虑宏、细观缺陷耦合的花岗岩复合损伤模量的计算公式。该理论推导公式可以为地热开发提供参考。     

岩石热损伤-力耦合能量破坏准则研究

通过先升温后加载、先加载后升温的实验研究,论证了加载和升温历史对材料损伤破坏的影响。采用连续损伤力学方法,研究了岩石材料在变温环境下的热损伤破坏问题,基于能量理论推导出材料在同时考虑温度、载荷和损伤耦合效应的计算材料损伤余能释放率的余能函数。根据损伤余能释放率,建立了岩石热损伤破坏准则。指出研究岩石在温度和机械载荷作用下的损伤破坏行为,应考虑热损伤-力耦合效应。     

高强度钢板热成形性预测研究进展

高强度钢板热冲压成形是实现车身轻量化、保证安全性的重要途径,近年来得到汽车和钢铁工业的广泛关注与应用。由于高温工况的引入,高强度钢板的力学行为表现出明显的应变率和温度相关性,为准确评价板料的热成形性带来了挑战。概述了热冲压技术的工艺特点,从热成形极限实验和理论预测两方面展开讨论,介绍了国内外学者的相关研究工作,分析了应变成形极限方法存在的不足,引出了基于损伤力学理论的板材成形性评价方法,分别介绍了连续介质损伤和细观损伤理论在板材成形性方面的若干研究,以及材料损伤参数的识别方法。结合热冲压技术的工艺特点,指出热冲压高强度钢的损伤研究应采用实验、理论及数值仿真相结合的方式,并充分考虑温度、加载速率以及应力状态对损伤演化的影响。本研究可为完善损伤理论在金属板材热冲压中的应用提供借鉴。     

北山花岗岩热-力耦合力学特性及损伤本构模型研究

为了研究北山花岗岩在热-力耦合作用下的力学特性,进行了实时高温状态下北山花岗岩的单轴压缩及声发射试验,得到了能量计数率和能量累计数参数与应力-应变关系曲线;提出了由声发射量表征的力损伤变量和由弹性模量表征的热损伤变量,然后根据这两个损伤变量建立了北山花岗岩热-力耦合损伤本构模型。研究表明:北山花岗岩声发射曲线与应力-应变曲线吻合得较好,主要分为平静段、上升段、峰值段3个阶段,声发射信号都较为集中在应力-应变曲线突变点,表征了岩石内部能量的释放和损伤的产生;热-力耦合损伤本构模型理论曲线与试验曲线变化规律较为一致,理论曲线较好地反映了实时高温状态下花岗岩由脆性向塑形的转化过程。     

尺度效应对晶内孔洞愈合的影响

基于非局部连续介质力学理论,提出了一种解析方法,研究小尺度参数对具有应力作用下的晶内孔洞收缩速率和愈合历程的影响规律.算例表明,随着晶内孔洞尺寸减小,尺度效应对孔洞收缩速率的影响逐渐增强;由于小尺度效应的影响,仅在晶格扩散能量的驱动下,晶粒中的孔洞不能够完全消失,这与不考虑小尺度效应的晶内孔洞收缩速率和愈合历程有很大不同.研究结果揭示了受静水压力和外应力作用下的材料中损伤缺陷的自我修复机制,具有一定的理论参考意义.     

热-力耦合作用下花岗岩蠕变损伤模型

热-力耦合作用下的岩石蠕变行为对深部地下工程、高放射性废料处置工程影响显著。基于20～300℃下的花岗岩蠕变试验,分析温度对瞬时应变和蠕变应变速率的影响,由此认为温度对花岗岩瞬时弹性模量造成瞬时损伤并促进后续蠕变损伤过程,从而定义瞬时、蠕变热损伤变量。构建广义Kelvin热损伤模型和黏塑性热损伤元件,采用Heard指数型模型描述花岗岩稳态蠕变行为,串联后得到一个新的热-力耦合作用下的花岗岩蠕变损伤模型。给出模型参数求解方法,分析瞬时、蠕变热损伤变量变化规律,通过辨识三种花岗岩的蠕变试验数据,验证所建模型的合理性和适用性。研究成果为热-力耦合作用下花岗岩蠕变行为模拟及深部地下工程、高放射性废料处置工程长期稳定性研究提供一定参考。     

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.     

结晶器内连铸坯热弹塑性应力的有限元分析

建立了结晶器内连铸坯热弹塑性应力有限元分析模型,在推导的热弹塑性本构方程中考虑了材料力学性能,屈服函数随温度和应变速率的变化,模拟计算了结晶器内连铸坏应力分布。模拟结果表明,在铸坯的热节约内,高温坯壳受到拉应力的作用,易于产生裂纹,从而说明铸坯偏角区形成的热节约是连铸坯裂纹缺陷乃至漏钢事故发生的诱因。     

加载历史对岩石热开裂破坏的影响

为了解决现有研究一般不考虑加载和加温的顺序,不论引起其热开裂破坏的加载历史如何,认为只要所加的载荷和温度值相同,其损伤演化过程和破坏强度将相同的问题。结合带扫描电镜的岛津SEM高温疲劳实验系统实时观测了石灰岩在不同加温和加载顺序下的热开裂破坏过程。从岩石微裂纹扩展的角度,计算不同加载顺序下其裂端能量释放率。理论与实验结果表明:岩石热开裂破坏受加载历史的影响,加温加载对岩石损伤破坏的影响是非线性耦合关系,高应力、低温和低应力、高温必须考虑其热-力耦合效应。岩石的热损伤是不可逆的,它会受加温历史的影响,在不同的加载顺序下其结果不同。     

煤岩电磁辐射能量累积与损伤关系

为了完善电磁辐射法预测预报煤岩动力灾害理论,通过对煤岩试样加载试验过程中电磁辐射能量累积、应力应变关系的分析,利用损伤力学基本原理和热力学定律理论推导了煤岩损伤演化方程,进而得到损伤与电磁辐射能量累积关系;通过拟合损伤与电磁辐射能量累积关系推导得电磁辐射能量累积与应力应变的理论关系,并通过试验结果验证了理论推导的合理性。     

微波照射下花岗岩单轴压缩损伤本构模型

为深入研究微波照射花岗岩的损伤演化过程以及探讨微波照射过的花岗岩进行单轴压缩后花岗岩应力-应变关系,首先以微波照射花岗岩的损伤特性为基础,综合考虑花岗岩在微波照射以及荷载作用下受到的损伤,将Weibull分布与损伤力学结合,得到考虑多因素作用的花岗岩损伤演化方程。然后根据Lemaitre应力等效原理及Hook定律,推导出考虑微孔隙闭合的花岗岩损伤本构模型。最后,采用微波循环照射花岗岩试验和单轴压缩试验对模型进行验证。验证结果显示,本研究建立的本构模型与试验结果拟合的曲线能较好吻合,证明了模型的合理性及参数取值的正确性。为岩石微波损伤理论的研究以及微波辅助破岩提供思路。     

声发射能量累积与煤岩损伤演化关系初探

为了寻求煤及岩石在受载破坏过程中能量积累与应力应变之间的关系,分别对煤矿的煤和泥岩进行了单轴加载及声发射试验,得到了煤岩试样单轴加载试验过程中声发射能量累积、应力与应变之间的关系曲线。利用损伤力学基本原理和热力学定律,理论推导了煤岩损伤演化方程,进而得到损伤与声发射能量累积关系曲线,通过拟合损伤与声发射能量累积关系曲线初步推导得到了声发射能量累积与应力应变的理论关系,并通过试验结果验证了能量累积与应力应变关系。     

特性参数与温度相关的非局部广义热弹问题的动态响应

基于Green-Lindsay广义热弹性理论和Eringen的非局部弹性理论,研究了材料特性参数与温度相关、受热冲击和应力冲击作用的半无限大体的一维非局部热弹动态响应问题.借助于拉普拉斯积分变换及其数值反变换,经数值求解,得到了无量纲温度、位移、应力的分布规律,并用图形进行表示.分别研究了温度相关的材料特性参数、分数阶参数及非局部效应参数对温度、位移和应力的影响效应,结果表明:温度相关的材料特性参数对各物理量的影响显著;分数阶系数对温度影响较大,对位移和应力影响不大;非局部效应参数对位移和应力有显著影响,对温度影响较小.     

基于最小能耗原理的花岗岩蠕变损伤分析

为了研究花岗岩蠕变损伤特性,采用MTS815.02岩石力学测试系统对花岗岩试样进行了三轴加载试验和分级加载蠕变试验,基于最小耗能原理、广义胡克定律和应变等效原理建立了弹性损伤方程和改进了非线性损伤蠕变模型,分析了花岗岩损伤变量与泊松比之间的变化规律和蠕变损伤过程.研究结果表明基于能量原理并结合任意阶段应力应变状态的损伤方程更合理地描述了岩石损伤发展过程.在耗能过程中损伤泊松比对岩石损伤起重要作用,损伤变量随着泊松比的增加而非线性增加,并逐渐趋于稳定,改进模型计算结果与试验曲线相吻合,较好地描述了岩石衰减蠕变、等速蠕变和加速蠕变的全过程;在岩石蠕变前期损伤速率较为平缓,进入加速蠕变阶段后随着微裂纹在强度弱化区汇聚,损伤速率直线升高且损伤变量突然增大.     

加载速率对实时高温花岗岩三轴力学特性影响的实验研究

以未风化花岗岩为实验对象,在高温高压三轴力学实验系统上开展三轴压缩实验,分析了三种加载速率下岩样温度、围压对峰值强度、弹性模量的影响,探讨了岩样热损伤演化规律的加载速率效应,建立了花岗岩冷损伤方程。结果显示:在100℃时,加载速率增大,低围压区岩石由延性转向脆性,渐进破坏向突发失稳转变;在500℃时,加载速率增大,低围压区弹性模量硬化明显,失稳模式为准突发失稳;随着加载速率的增大,在低温30～200℃时峰值强度的增加显著,在较高温度200～500℃时峰值强度的增加幅度降低,随着围压的升高,加载速率使峰值强度增强作用降低;各级岩石温度条件下,加载速率与弹性模量相关性不显著;低围压时弹性模量增幅较大,高围压时弹性模量增幅较小;随着加载速率的提高,弹性模量损伤与岩石温度的关系由线性转变为非线性的临界围压降低。     

20CrMnTi钢的温热变形行为及其数学建模

利用热模拟试验研究了20CrMnTi钢在温度为1123～1273K，变形速率为0．01～20s^-1条件下的温热变形行为，并对其变化规律进行系统分析．以流动应力d为目标函数，研究了主要热力参数对目标函数的影响．基于蠕变理论和统计分析建立了两种适用于20CrMnTi钢温热锻的流动应力数学模型，为20CrMnTi温热成形数值模拟和热力参数的合理控制提供了依据．     

应力锥橡胶材料在变温环境下的力学性能

利用德国Zwick020材料试验机,进行高压电缆终端应力锥两种橡胶材料在不同温度环境下单向拉伸大变形力学行为的试验研究,得到不同温度和不同加载速率条件下材料的应力 应变关系曲线,并分析了温度及加载速率变化对材料力学性能的影响.运用Mooney Rivlin橡胶材料模型,对试验材料进行了理论分析,根据试验结果拟合出相关参数,构建了适用高压电缆终端应力锥两种橡胶材料的本构关系公式.对比不同温度下两种橡胶材料的理论计算和试验的应力值,说明该本构关系满足工程实际需要,为高压电缆应力锥的进一步研究提供了理论基础.     

不同加载速率下岩石红外辐射效应的试验研究

为研究加载速率对岩石试样红外辐射效应的影响,对花岗岩进行不同加载速率下单轴压缩实验,监测其红外辐射的变化。研究结果表明:随着加载速率增加,花岗岩试样抗压强度逐渐增加,从初始加载直至破坏的时间明显减少,初始压密阶段变长,弹性阶段的斜率逐渐变小;加载速率对红外辐射效应的影响体现在红外热像和平均红外辐射温度变化量上,在花岗岩红外热像图上表现为热像图上的高温区域不断扩大;试样的平均红外辐射温度变化量(?t_(AIR))随着加载速率提高逐渐增大;在较高加载速率下,?t_(AIR)曲线的斜率呈指数函数增大,即花岗岩试样的红外辐射效应越来越明显。     

Cr-Co-Mo-Ni齿轮钢的热变形行为及模锻工艺的有限元模拟

在Gleeble-3800热模拟试验机上进行大变形等温压缩试验,研究Cr-Co-Mo-Ni齿轮钢的高温热变形行为和显微组织,分析材料流变应力与变形温度和应变速率的关系,建立热变形过程的本构方程和热加工图.该材料的流变应力随着温度的升高而下降,随应变速率的增加而增加;用双曲正弦函数式可描述其在热变形过程中的流变应力,热变形活化能为487.21kJ·mol-1;热加工图显示的适宜加工区间为温度1000～1100℃,应变速率0.1 ～1s-1.在热模拟试验基础上进行该钢种锻造工艺的有限元模拟,并结合热加工图分析初锻温度和加工道次对于锻件温度和应变速率的影响,得出适宜的模锻工艺参数为初锻温度1000～1100℃,锻造道次15次.     

煤岩非线性损伤蠕变模型探析

为了研究煤岩蠕变特性,分析前人煤岩蠕变特性实验结果,在广义Kelvin模型的基础上建立了煤岩非线性损伤蠕变理论模型。假定煤岩损伤演化是应力和时间的函数,同时引入非线性硬化函数推导了煤岩非线性损伤衰减蠕变方程和蠕变全过程方程。任意给定方程中材料参数和加载条件,理论得到了煤岩衰减蠕变和蠕变全过程随时间变化曲线,对比前人煤岩蠕变实验结果,验证了用理论模型去研究煤岩的蠕变特性是可行的。