不同温度下有机玻璃厚板的平面应变断裂韧性试验

为研究有机玻璃平面应变断裂韧性(KIC)与温度的关系,设计了母材和带拼接缝试件,在-40~40℃范围内进行三点弯试验.采用疲劳试验机预制疲劳裂纹,利用酒精和液氮对试件降温,用纯水进行升温,观察试件宏观断口形貌,结合有限元和断裂力学进行算例分析.结果表明:在低温下,试件达到极限荷载后迅速断裂,失稳扩展的裂纹临界长度较小,裂纹扩展速率快;高温下,临界长度较大,裂纹扩展速率慢.母材试件在20℃时KIC最小,-20℃时最大,而带拼接缝试件在40℃时KIC最小,-40℃时最大.断面上沿裂纹扩展方向的弧状条纹数增多会导致KIC降低,当出现垂直于疲劳裂纹边缘线的放射状条纹时,KIC进一步降低.对于所提算例,裂纹尖端各点的应力强度因子随裂纹深度的增加而增加.     

热风铜钎焊炉热处理后不锈钢力学性能试验研究

为了研究国产奥氏体 S30408不锈钢桥面芯板的材料力学性能及其本构关系,开展了多种不锈钢试件室温单向拉伸试验研究.考虑试件厚度、取向和热风升降温处理等因素,共设计了 12组共 60个拉伸试件,得到不锈钢试件的名义应力-应变曲线及初始弹性模量、屈服强度、抗拉强度、应变硬化指数等参数,揭示了厚度和取向对不锈钢试件力学性能...     

国产Q550高强钢高温力学性能试验研究

通过稳态拉伸法对国产Q550高强钢高温力学性能进行试验研究,得到20~800℃下钢材的试验现象、力学性能参数、应力-应变关系曲线,并将所得试验结果与国内外相关规范和研究成果对比.试验表明:不同温度下试件破坏时表面及断口形貌区别明显;300℃后随着温度升高,弹性模量、屈服强度、极限强度下降,应力-应变关系曲线的弹性段和强化段缩短,下降段趋于平缓.450℃内高温对断后伸长率影响不大,此后随温度升高断后伸长率急剧增大.现有钢材高温力学性能参数模型对国产Q550高强钢并不适用.因此,分别采用多项式模型和美国国家标准与技术研究院的钢材高温通用材料模型进行拟合,得到高温下Q550高强钢力学性能参数的数学模型.     

不同温度下的乙烯-三氟氯乙烯共聚物薄膜单轴拉伸试验

对厚度为250μm的乙烯-三氟氯乙烯共聚物(ECTFE)薄膜进行了单轴拉伸试验,考虑了不同的低-高温度(分别为-50、-40、-30、-20、-10、0、10、20、30、40、50、60、70及80℃)效应,试件截取方向为机器方向.得到了ECTFE薄膜在不同温度下的拉伸应力-应变曲线,通过分析得到了弹性模量、屈服强度、屈服应变、冷拉应力、抗拉强度、断裂延伸率等力学参数及其随温度的变化规律.结果表明:随着温度的降低,应力-应变曲线整体向上抬升,屈服强度、拉伸强度、冷拉应力和弹性模量均增大,断裂延伸率和韧性均减小.在不同温度(-50～80℃)下,弹性模量的差值可达到93%,屈服强度的差值可达到89%,温度变化对ECTFE薄膜力学性能的影响显著.得出了主要力学参数和温度变化的拟合公式,可用于判断ECTFE薄膜在不同温度下的力学性能.     

基于试验非拟合混凝土本构方程

目的建立混凝土单轴拉伸和压缩应力-应变方程.方法基于混凝土单轴拉伸和压缩的试验数据,研究应力-应变变化规律,抛弃传统的拟合方法,直接由混凝土基本性能(初始弹性模量、峰值应力、峰值应变和应变软化性态)导出应力-应变方程.结果全程应力-应变方程由强化方程和软化方程给出,在峰值应力之前,强化方程为单调增且二阶导数为负的曲线,与试验结果曲线相符.在峰值应力之后,用不同的软化方程表示试验软化曲线.结论笔者提出的混凝土本构方程与很多实验数据相符,方程中的参数具有明显的力学意义,形式简单,便于理解,能很好的应用于混凝土本构关系的研究中.     

数字图像相关的不锈钢真实应力应变关系测量

工程上广泛应用的名义应力应变曲线,在材料发生大变形时,由于应力和应变不再沿着试件均匀分布,因而不能真实反映材料在塑性阶段的本构关系。在不锈钢标准板的拉伸试验中连续采集试件散斑表面的数字图像,采用数字图像相关技术对序列数字图像进行相关运算以获得其每个变形状态下的变形场,得到了整个拉伸过程中试件的变形形态。以光学虚拟引伸计的方法分别测量横向和竖向的实时应变数据,结合体积不变理论计算得到真实应力应变曲线。采用Johnson-Cook材料模型对真实应力应变曲线进行拟合,得到了塑性本构关系;最后根据以上实验结果和真实应力应变曲线获取了材料的力学特性参数。实验结果表明了基于数字图像相关方法对不锈钢真实应力应变关系测量的有效性和可靠性,对实验结果的真实应力应变曲线后处理,获得不锈钢材料的弹性模量为169 GPa,屈服强度为236.8 MPa,并获得了Johnson-Cook简化模型的所有三个参数A、B和n的数值。     

三维编织碳/碳复合材料高温力学及疲劳试验研究

在大气环境下,对有抗氧化涂层的非切边和切边三维(3D)四向碳/碳复合材料在室温、800和900℃下进行编织纵向拉伸试验,得到了相应工况下的弹性模量、拉伸强度以及应力-应变曲线;在800℃下对两种试件进行编织纵向拉/拉疲劳试验,得到了疲劳寿命数据以及剩余刚度随循环载荷的变化规律。采用扫描电子显微镜(SEM)对破坏后的试件断口进行观察研究,分析材料拉伸破坏机制以及疲劳破坏机制。结果表明:三维四向碳/碳复合材料的拉伸强度和弹性模量随着温度的升高而增大,非切边试件的力学性能优于切边试件;三维四向碳/碳复合材料剩余刚度随循环载荷先增加而后减小;材料的拉伸破坏形式以纤维拉伸为主,温度升高后,断口出现纤维束成簇拔出现象,疲劳破坏形式以纤维拉伸为主并伴随一定的纤维簇拔出和基体分层现象。     

基于钢材真实应力应变关系的研究

目的研究钢材真实应力应变的关系,验证微观断裂机理的适用性和有效性.方法利用Q235B、Q345B两种型号钢材,选取母材、焊缝及其热影响区位置的圆棒,进行室温单轴拉伸试验,并进行本构关系的拟合与断口形貌的分析.结果利用全自动引伸计对试件进行全程跟踪,采集到的应力应变曲线可以较好地反映试件的力学性能,经有限元计算能更准确的模拟钢材的真实应力应变关系;两种钢材的破坏形式为韧性断裂且延伸率均较大,Q235B钢材的断面收缩率大于Q345B钢材,Q235B表现出更好的延性.结论利用Q235B、Q345B母材、焊缝金属和热影响区的单拉加载结果,可应用于后期标定钢材断裂韧性参数的研究中.     

受火温度和冷却方式对混凝土抗压强度影响

火灾后混凝土结构的力学性能大幅降低,特别是在消防射水扑救后其性能恶化更为显著.对添加了矿粉和粉煤灰的强度等级为C35的商品混凝土试件加热(300℃,400℃,600℃,800℃)后,分别进行自然冷却和水冷却处理,观测分析其理化特性的变化规律.在常温自然环境下将试件静置2周以上,然后对试件分别进行单轴抗压试验和弹性模量试验.研究表明冷却方式和加热温度对混凝土材料的抗压强度、弹性模量、压缩破坏模式等力学性能影响显著.在总结试验规律的基础上,构建考虑温度及冷却方式影响的非线性弹性本构方程,采用微分演化算法辨识出本构方程中的特征参数,所得计算曲线与试验曲线的一致性很好,验证了本构方程的适用性.     

超低温下钢筋单轴受拉时的应力-应变关系

按照《金属材料低温拉伸试验方法》(GB/T13239—2006)的要求制作拉伸试件,对3种钢筋(热轧带肋钢筋HRB335、HRB400和热轧细晶粒钢筋HRBF400)共84根试件在-180℃~-80℃温度下的力学性能进行单轴受拉试验,研究低温下钢筋力学性能的变化规律.结果表明,随着温度的降低,钢筋的应力-应变曲线形状及极限应变基本不改变,但屈服平台长度、屈服强度、极限强度、强化应变增加.根据试验结果,给出了低温下钢筋屈服强度、极限强度、强化应变等力学特征值随温度的变化规律,进而可建立超低温下钢筋的应力-应变关系.     

乙烯-四氟乙烯共聚物薄膜单向拉伸性能及黏塑性本构模型

对厚度为250μm的长条形ETFE(乙烯-四氟乙烯共聚物)薄膜试样进行了8种定速(拉伸速度由极慢的1mm/min到极快的500mm/min)单向拉伸试验,得到了相应的应力应变曲线、屈服强度、弹性模量等参数随拉伸速率的变化规律.结果表明:ETFE薄膜的屈服强度和屈服应变随拉伸速率的增加而增加;ETFE薄膜的切线、割线弹性模量,以及基于应变能和应变余能的等效弹性模量随拉伸速率的增加而增大,3种弹性模量之间的差值也随拉伸速率的增加而增大.对上述应力应变曲线进行分析,提出了ETFE膜材的黏塑性本构模型(Peirce模型),并在有限元分析软件ANSYS中进行了数值模拟,其结果与试验得出的应力应变曲线吻合较好.     

高温下岩石损伤本构模型研究

利用连续损伤理论和统计强度理论,根据岩石微元强度服从Weibull随机分布的特点,定义了弹性模量为岩石热损伤变量,推导了岩石的热损伤演化方程,引入岩石应力—应变曲线特征参量,同时考虑了岩石全过程应力—应变曲线的峰值条件和几何条件,建立了温度效应下岩石的损伤统计本构方程,并通过试验进行验证。试验结果表明:随着轴向应变的增加,岩石损伤经历演化、稳定扩展、损伤加速,直至破坏四个阶段;随着温度的增加,岩石的初始热损伤不断加剧,600℃是花岗岩热损伤的阀值点;损伤本构理论曲线与试验曲线较吻合,所建立的本构模型在岩石峰值前后的拟合明显高于传统方法,但也存在一定的偏差,可能由于在方程建立及参数的确定过程中,进行的假设和忽略对方程的精度产生了影响,本文的研究对建立高温三轴状态下的岩石损伤本构模型具有一定的参考价值。     

初始温度条件下全尾胶结膏体损伤本构模型

膏体充填料到达采场初始温度不同是矿山存在的普遍现象,不同初始温度条件下膏体力学特性及应力-应变关系直接影响到矿山采充周期及相邻采场开采时贫化指标.通过对初始温度为2、20、35和50℃的硬化膏体进行单轴抗压强度试验,获得不同初始温度下充填体应力-应变演化曲线.根据理论推导和试验结果,建立了不同初始温度下膏体损伤本构模型,通过本构模型参数回归,提出膏体温度-时间耦合损伤本构模型.最后,采用Comsol数值模拟软件,将温度-时间耦合损伤本构模型嵌入solid mechanics模块,对单轴抗压试验进行数值模拟,模拟应力-应变曲线与试验结果较为吻合,验证了所提出本构模型的可靠性.     

高温后轻质多孔混凝土力学性能试验

通过高温后轻质加气混凝土的力学性能试验,测得了抗压强度、弹性模量和峰值应变与温度的关系.试验表明:高温后轻质加气混凝土的抗压强度在100℃时略微提高,到300℃时逐渐下降,超过300℃时,强度变化不明显;在100℃以内,弹性模量基本保持不变,超过100℃后,弹性模量不断减小,与温度成线性关系;随着温度的升高,峰值应变逐渐增大,呈直线上升趋势.最后分析了不同温度下的应力-应变曲线,提出了高温后轻质加气混凝土的本构模型.     

焊缝对拼焊板纵向拉伸成形性能的影响规律

基于焊缝和母材应变相等的假设,推导出拼焊板纵向拉伸时平均延伸率与母材材料参数、焊缝材料参数及母材与焊缝初始宽度比之间的关系.在母材材料参数一定时,采用有限元方法分析了焊缝材料参数、初始宽度比对拼焊板纵向拉伸抗拉强度和平均延伸率的影响规律.结果表明,焊缝强度系数K对拼焊板纵向拉伸抗拉强度的影响较为显著,而对平均延伸率影响较小;焊缝硬化指数n对抗拉强度影响很小,对平均延伸率影响较大;初始宽度比对试件拉伸性能的影响存在一个敏感区域(0~20),当初始宽度比大于20时,拼焊板随其变化趋于平缓.     

反复荷载下碳化混凝土力学性能及本构关系研究

为研究碳化对反复荷载下混凝土力学性能及本构关系的影响,本文通过碳化混凝土棱柱体试件单调及反复荷载试验,得到各试件应力应变曲线及骨架曲线,考虑到碳化混凝土构件的截面尺寸效应,从混凝土碳化率的角度对比分析了单调及反复荷载下碳化对试件破坏形态、混凝土强度、弹性模量、峰值应变及极限应变的影响.试验表明:随着反复荷载下碳化混凝土内部损伤的积累,其应力应变曲线下降段比单调荷载下的更为陡峭,破坏较为突然,反复荷载碳化混凝土延性变差;反复荷载下随着碳化率的增加,混凝土碳化后的峰值应变有所降低,但变化不大;而峰值应力均有所提高,极限应变均有所降低.根据试验结果引入与碳化率相关的下降段参数修正系数建立了碳化混凝土反复荷载作用下应力-应变本构关系,通过与试验对比分析表明本文确定的本构关系与试验结果较为吻合.     

冻结黏土的强度与变形特性及参数研究

为了更全面地分析冻土的强度与变形特性,以皖北某矿取样的原状黏土为研究对象,进行不同温度(-5℃、-10℃、-15℃)下的单轴抗压强度试验和三轴剪切强度试验.试验结果表明,在试验温度下,试样单轴抗压强度的应力-应变曲线为应变软化型;试验条件下,冻土三轴剪切应力-应变曲线可以用双曲线模型描述.随着温度的降低,冻土的单轴抗压强度和弹性模量均增加.初始弹性模量和极限偏应力均与围压呈正相关,与温度呈负相关.冻土的抗剪强度随围压增加而增大,随温度增加而减小.通过冻土三轴试验得到的抗剪强度指标推算单轴抗压强度,可以为人工冻结法施工提供理论依据.     

HTRB600级高强钢筋高温下的力学性能

为研究600 MPa级高强钢筋高温下的力学性能,对HTRB600级热处理高强钢筋进行高温下的拉伸试验,分别测得其在20,200,300,400,500,600,700及800℃高温下的弹性模量、比例极限、屈服强度、极限强度及应力-应变曲线.试验结果表明:HTRB600级高强钢筋高温下屈服强度、极限强度、比例极限与弹性模量均随着温度的升高而显著降低.500℃时其高温下的弹性模量、比例极限、屈服强度与极限强度降低为不足常温下的50%,800℃时已不足常温下的10%.高温下HTRB600级高强钢筋应力-应变曲线随温度的升高逐渐趋于圆滑,当温度达到200℃时,屈服台阶就已消失.600 MPa级钢筋高温下屈服强度和极限强度的降低程度明显大于其他钢筋500 MPa以下强度的钢筋.最后提出了适用于HTRB600级高强钢筋的高温下应力-应变曲线简化计算模型.     

3004铝的动态力学性能及本构模型

为了得到3004铝的动态力学性能及本构模型,运用静态实验机和分离式Hopkinson压杆动态加载装置,在温度为10～400℃、应变率为0.000 5～2 000s-1范围内得到了3004铝在准静态拉伸及动态压缩条件下的应力-应变曲线,并基于Johnson-Cook材料模型对其进行拟合分析.结果表明:3004铝有明显的应变率强化效应和温度软化效应,其应力随应变率的增加而增加,随温度的升高而降低;拟合得到的3004铝动态本构关系曲线可以描述出材料在大应变率和高温下的力学性能.     

有机玻璃在不同温度下应力松弛的非线性本构关系研究

将表述有机玻璃中低变率下应力－应变行为的非线性本构理论,扩展扩用到应力松弛状态,给出了应力松弛状态的本构方程。对－２０￣＋６０℃五个不同温度和应变量为３％￣２０％范围内的实验结果进行理论验证,吻合情况良好。