X80钢弯曲的力学性能测试

针对钢管制管过程中钢材板卷反复弯曲展平对钢材强度的影响，对X80钢制成的试样进行了4点弯曲实验．在各弯曲试样得到不同的预应变后，又对其进行反向加载，记录不同预应变下各试样反向加载的弯矩随表面应变的变化曲线．实验结果表明，存在预应变后，试样的弯矩-应变曲线低于初次加载的弯矩-应变曲线，且试样的预应变越大，弯矩-应变曲线越低，即随预应变的增加，材料的屈服强度降低，且出现了包申格效应．通过进一步理论计算，得出了材料预弯到屈服后再反向加载时，不同预应变下的屈服弯矩值，且实验测试和理论计算的屈服弯矩值能较好地吻合．     

高级别X80/X100管线钢的包辛格效应

利用单轴压缩-拉伸试验研究了炉卷轧机生产X80/X100管线钢不同变形情况下的包辛格效应.结果表明:随着预压缩变形量的增大,包辛格效应绝对值增大,X100管线钢的包辛格效应在1.5%的预压缩变形量下达到饱和;包辛格效应绝对值随着板卷强度的提高而上升;在试验范围内,X80、X100管线钢分别表现出了瞬时软化和永久软化.分析X80/X100管线钢的化学成分与显微组织特点,认为管线钢组织中的软、硬相(如M/A岛)的强度差、硬相的体积分数以及初始组织中的位错密度是不同包辛格现象的关键因素.     

闭孔泡沫铝压缩力学性能的实验和三维有限元模拟

基于X射线电子计算机断层扫描技术,建立了反映闭孔泡沫铝真实结构的三维有限元模型.对闭孔泡沫铝准静态和动态压缩力学性能进行了实验和数值模拟,分析了闭孔泡沫铝的变形特性及力学性能,验证了模型的可靠性.结果表明,准静态压缩下,试件主要沿加载轴45°方向产生塑性变形.压缩速率为低速时,其变形模式与准静态相同.闭孔泡沫铝试件截面上结构薄弱处首先出现应力集中,材料达到塑性屈服.在高速压缩下,试件加载端首先达到塑性屈服.比较闭孔泡沫铝不同应变率下的屈服强度,动态压缩下的屈服强度远高于准静态压缩下的.应变率280~700 s-1下,其屈服强度变化不明显,应变率继续升高至2 000 s-1,屈服强度略微提高.      

X100管线钢的高温变形力学行为

采用Gleeble-3500热模拟试验机对X100管线钢进行单道次压缩试验,研究其变形抗力与应变量、应变速率和变形温度的关系,利用回归分析确立合适的变形抗力数学模型,并将模型预测值与试验值进行比较。结果表明,变形温度对X100管线钢变形抗力影响显著;高温低应变速率更有利于X100管线钢回复和再结晶的发生;应变速率过高会引起非稳态变形,不利于X100管线钢轧制过程的控制;利用回归分析确定的变形抗力模型能够准确预测X100管线钢的变形抗力,相关系数为0.986。     

双锥构型三维点阵材料压缩特性

对空心杆双锥构型点阵材料的压缩性能进行研究,对比了点阵材料与均质材料的压缩性能.点阵材料及均质材料的试件都采用多喷头光固化树脂增材制造技术制备,通过试验测试了均质材料件及2种元胞尺寸点阵材料件的压缩性能,获得了不同应变率载荷下的压缩应力-应变曲线,探索了元胞尺寸、加载应变率对材料压缩性能的影响,得到了材料破坏前的应力-应变关系预测表达式,应力预测结果与试验结果相吻合.研究结果表明:点阵材料的元胞尺寸对材料压缩性能影响显著;不同应变率下点阵材料的屈服应变变化不大,屈服强度差异相对较大;制备的点阵材料屈服应变大于均质材料屈服应变,但屈服强度不具备优势.     

新型TB9钛合金屈服强度的应变率效应

TB9钛合金具有良好的力学性能,被广泛应用于航空航天领域,其材料强度随服役过程中应力作用的加载速率变化而发生改变。本文采用三次真空自耗熔炼工艺制备TB9钛合金材料,并对其开展了室温拉伸和压缩试验,研究了该材料在应变率0.0005-0.1 s-1范围内的力学性能及其变形行为,讨论了应变率对该材料压缩和拉伸屈服强度的影响。结果表明：应变率由0.0005 s-1升高至0.1 s-1时,TB9钛合金材料的平均压缩屈服强度由955.96 MPa升高至1 090.94 MPa,平均拉伸屈服强度由971.01 MPa升高至1 096.31 MPa,压缩屈服强度应变率敏感系数为0.02273,拉伸屈服强度应变率敏感系数为0.02110;随着应变率的增大,TB9钛合金拉伸试件断面韧窝尺寸及深度均会变小,这是由于应变率大时,瞬间局部能量增加,裂纹萌生和扩展速度加快所致。此外,本文采用线性函数拟合了TB9钛合金材料室温下屈服强度增强因子与自然对数应变率之间的关系,可用于预测TB9钛合金在工程应用中的力学行为。     

基于统计损伤理论的混凝土双轴拉-压本构模型研究

基于细观统计损伤理论及宏观试验现象,本文建立了混凝土双轴拉-压细观统计损伤本构模型.该模型考虑断裂、屈服两种细观拉损伤模式,损伤演化过程由主方向的拉、压应变驱动.将单轴拉伸、单轴压缩作为两种最基本的宏观破坏形式,复杂应力状态下的损伤破坏过程理解为单轴拉伸、压缩损伤演化过程的某种组合形式.引入等效传递拉损伤应变和损伤影响参数,建立宏观拉、压破坏模式对应细观损伤机制之间的等效关系.通过与试验结果比较,表明该模型能够很好地模拟双轴拉-压加载情况下材料均匀损伤阶段的力学行为.对双轴拉-压比例加载路径下应力-应变曲线进行预测,提取出双轴拉压强度包络线,从双轴强度、变形特性、破坏形态等角度对材料的双轴拉-压损伤机制进行探讨.     

3D激光沉积增材制造TC4高应变率动态力学行为及本构关系研究

通过对3D激光沉积TC4在较宽温度（298~1 073 K）和应变率范围（0.001~5 000 s^-1）内的单轴压缩试验,系统研究了该材料的塑性流动行为,分析了材料的微观组织特性及其变形断裂微观机制.结果表明材料在压缩载荷下具有明显的应变率硬化和温度软化效应.在压缩加载条件下,材料的破坏模式为绝热剪切带的萌生和拓展,而初始缺陷成为诱导剪切带形成的主要原因.3D激光沉积TC4材料屈服强度与铸造TC4接近,略低于传统锻造TC4.文中基于位错动力学热激活理论建立了可以较好描述材料在不同温度不同应变率下的塑性流动行为物理概念的本构模型.     

B+F双相X80管线钢模拟海水环境中慢应变拉伸各向异性研究

为研究B+F双相X80管线钢各向异性对安全服役的影响,采用金相扫描电镜观察、慢应变拉伸法和电化学极化法,在模拟海水环境中,与轧制方向呈0°,45°,90° 3种不同角度试样的B+F双相X80管线钢的慢应变拉伸和极化行为进行了分析。结果表明：双相X80管线钢组织由多边形铁素体和板条状贝氏体组成,铁素体和贝氏体含量近似为1∶1;在模拟海水环境慢拉伸条件下,B+F双相X80管线钢与轧制方向呈不同角度试样的屈服强度随取样角度的增大明显降低,说明海水对B+F双相X80管线钢具有明显的应力腐蚀作用;与轧制方向呈0°试样的X80管线钢的慢应变拉伸应力与应变曲线呈圆顶状,屈服强度和抗拉强度均最高,屈强比为0.81,均匀伸长率为13.4%,可以满足使用要求;与轧制方向呈90°试样的双相X80管线钢的自腐蚀电位最负,自腐蚀电流最大,耐海水腐蚀性能最差;与轧制方向呈45°试样的双相X80管线钢的自腐蚀电位最正,耐蚀性最优。研究B+F双相X80管线钢在模拟海水中的慢应变拉伸各向异性,可提高其安全服役性,对大变形管线钢的实际生产具有一定的借鉴价值。     

双孔微剪切法测定材料的局部强度

工程上进行焊接接头强度设计或承载能力评定时,需要测定焊接接头各区域的局部强度.文章提出一种双孔微剪切局部强度试验测定方法.在被测材料的小区域两侧开2个小孔,剪切压头从其中一孔对被测区域加载直到破坏,根据加载过程中的载荷位移曲线,确定材料的强度.实验说明,该方法具有很好的重复精度.通过对管线钢、紫铜和6063铝合金三种材料的标准拉伸和双孔微剪切的对比试验,发现拉伸屈服强度是屈服剪应力的2.01倍,抗拉强度是最大剪应力的1.46倍.最后测定了焊接接头局部强度,其分布趋势与硬度值基本相似.     

加荷速率与受力状态对高水材料凝结体力学参数的影响

针对高水材料凝结体在不同加荷速率及不同受力状态下的强度参数,选用水灰比为6∶1(含水率86%),研究当加荷速率变化时,高水材料凝结体抗压、抗拉及抗弯强度参数的变化情况。通过进行高水材料凝结体在不同加荷速率下的单轴压缩实验、拉伸实验和弯曲实验。实验结果表明,材料在单轴压缩时会因挤压而有一定程度的失水,同时材料表现出弹-塑性的特点。在拉伸和弯曲时,无出水情况,试样从中部直接被拉断。随着加荷速率的增大,高水材料凝结体的抗压、抗拉和抗弯强度都增大。在同一加荷速率下,高水材料凝结体的抗压强度抗弯强度抗拉强度。     

加载速率对分层充填体强度特性的影响

随着阶段嗣后充填采矿法的广泛应用,相邻矿体的开采扰动必然会对分层充填体的力学性能产生影响。为了研究不同加载速率对分层充填体强度特性和破坏模式的影响,分别对养护3、7、28天的分层充填体进行了0.2 、0.5、1.0、1.5、2.0 mm/min 5种加载速率下的单轴压缩试验,根据不同加载速率的单轴抗压强度试验结果,分析了不同养护龄期的分层充填体强度及破坏模式与加载速率之间的关系并建立了回归方程。试验结果表明:不同加载速率下分层充填体的应力应变曲线与完整充填体类似。养护龄期3天时,分层充填体的单轴抗压强度随加载速率的增加而逐渐减小,养护龄期7、28天时,存在临界加载速率现象。在临界加载速率范围内,提高加载速率可以限制初始缺陷的发育,达到临界加载速率后,加载速率将会促进分层结构面的分离、错动及原始缺陷的扩展延伸,抗压强度降低。分层充填体的破坏模式随加载速率变化,在临界加载速率时破坏模式有明显转变,随着加载速率的增加,养护3天时,分层充填体的破坏模式由拉伸剪切混合破坏变为拉伸破坏。养护7、28天时,当达到临界加载速率时破坏模式转变共轭剪切破坏,中间层破坏严重且与上下两层产生明显分离、错动。本研究通过室内试验得到临界加载速率,为研究分层充填体的强度特性提供了重要的研究依据。     

大理岩点荷载强度与抗压和抗拉强度的关系

点荷载试验是一种快速测定岩石强度的方法。本文以广东阳江地区大理岩为研究对象,开展了点荷载以及巴西劈裂等试验研究。采用不同的加载方式(轴向试验和径向试验)进行点荷载试验,讨论规范中建议的修正指数m对点荷载强度的影响,结果表明：采用规范建议的修正指数m=0.4～0.45修正得到的点荷载试验标准值Is(50)与直接由径向加载试验得到Is(50)差别不大,但采用m=0.5修正更精确。结合室内的几种强度试验的分析,获得了大理岩单轴抗压强度Rc和单轴抗拉强度Rt的与点荷载试验标准值Is(50)之间的经验转换关系式。     

超高性能混凝土配合比设计及其受拉性能

基于最大堆积密度理论,研究超高性能混凝土(UHPC)的配合比设计方法.采用修正的AndreasenAndersen法计算石英砂级配,通过密度试验确定水泥和硅灰的相对质量分数;根据单一变量试配试验确定砂胶质量比、水胶质量比和纤维体积分数,综合考虑抗压强度和工作性能2个因素确定最佳配合比.按最佳配合比制作立方体试件和轴心受拉试件,进行受压和单轴拉伸力学性能试验,研究UHPC受压和单轴受拉力学性能以及纤维体积分数对UHPC单轴受拉力学性能的影响.结果表明:按照最佳配合比制备的UHPC,其抗压强度为116.64~134.85MPa,抗拉强度为4.761~8.504MPa;随着纤维体积分数的增加,抗拉强度和韧性都大幅提高,试件也由脆性破坏转变为韧性破坏.研究成果可以为UHPC在国内的推广应用提供一定参考.     

不同受力模式下沥青混合料强度的速度特性试验研究

为了了解不同加载速率对沥青混合料强度参数的影响以及不同受力模式下沥青混合料的破坏原因,对不同加载速率下单轴压缩、弯曲、直接拉伸和劈裂强度进行试验研究,并从沥青混合料结构组成对不同受力模式下强度差异进行解释.研究结果表明:加载速率对沥青混合料强度有显著影响,强度与加载速率呈近似幂函数关系；沥青混合料黏聚力c随加载速率增大先急剧增大而后趋于平稳,内摩擦角(φ)随加载速率变化规律正好与黏聚力规律相反,先急剧减小而后趋于平稳；在相同应变率条件下,沥青混合料的强度受加载方式的影响,不同受力模式下的强度由大至小依次为抗压强度、弯拉强度、直接拉伸强度和劈裂强度,试验结果为建立沥青混合料强度理论与破坏准则奠定了基础.     

Tensile and compressive behavior of Ti-based bulk metallic glass composites

This article focuses on the tensile and compressive characteristics of a Ti-based bulk metallic glass composite (BMGC). It is found that the yield stress, maximum strength, and fracture strain are 1380 MPa, 1516 MPa, and 4.3% for uniaxial tension, but 1580 MPa, 4010 MPa, and 29% for uniaxial compression, respectively. The composite displays a linear “work hardening” capacity under compression; however, the “work softening” behavior is observed in the true engineering stress-strain curve upon tensile loading. The fracture surfaces of specimens also exhibit dissimilar properties under the different loadings.     

三种不同粒径砂岩的强度与破坏特征

为研究三种不同粒径砂岩在受载条件下的强度变化和破坏特征,选取同一地区的三种不同粒径的砂岩,分别进行了单轴压缩和巴西劈裂试验,借助基恩士超景深显微系统观察三种砂岩在受压、受拉破坏后裂隙周围岩石结构。试验结果表明：（1）砂岩随着粒径减小,颗粒比表面积增大,胶结及结构排列越密实,抗压（抗拉）强度越高,破坏形式由延展性逐渐转为脆性;（2）砂岩抗压强度随着粒径增大而降低,细砂岩较粉砂岩抗压强度降低了24.1%,粗砂岩较粉砂岩抗压强度降低了49.4%;（3）砂岩抗拉强度随着粒径增大而减小,细砂岩较粉砂岩抗拉强度降低了33.2%,粗砂岩较粉砂岩抗拉强度降低了52.3%;（4）砂岩抗压、抗拉强度随着粒径增加分别呈指数、幂函数减小的演化规律和变化特征。     

人工冻结尾矿力学特性单轴压缩试验研究

尾矿的冻结会影响尾矿坝的稳定性.通过室内单轴压缩试验,研究了经人工冻结四类尾矿的力学特性及其4个影响因素.研究结果显示,冻结尾矿单轴压缩破坏形式有三种,即斜面剪切破坏、径向拉伸破坏和复合式破坏.冻结尾矿单轴压缩全应力-应变曲线可分4个阶段:初始应变软化阶段、线性应变硬化阶段、非线性应变硬化阶段和非线性应变软化阶段.在4个影响因素中,冻结尾矿的单轴抗压强度与平均粒径呈对数关系,与干密度呈指数关系,与含水率呈线性递增关系,与加载速率呈二次抛物线增长关系.而冻结尾矿的变形模量与平均粒径呈自然对数关系,与干密度亦呈指数函数关系,与含水率则呈二次抛物线关系,与加载速率呈指数函数增长关系.     

裂隙砂岩破坏过程中的能量耗散与破碎分形特征研究

对不同裂隙倾角的裂隙砂岩试件进行单轴压缩试验,分析了试件变形破裂过程中的应变能演化特征,基于分形理论定量描述了最终破坏后碎屑尺度分布的分形特征,初步探究了能量耗散与破碎分形维数之间的力学机制。研究结果表明：随着裂隙倾角增加,裂隙砂岩试件的抗压强度和耗散应变能均呈现出先减小后增大的变化规律;数据拟合结果表明两者之间存在正相关关系。试件破坏后的碎屑尺度分布具有分形特征,不同裂隙倾角试件的分形维数介于2.58～2.64;分形维数随裂隙倾角的变化规律与抗压强度类似,两者近似呈线性相关关系。此外,试件的抗压强度越高,破坏时释放的耗散应变能越多,试件破碎程度越严重,所产生的微、细粒碎屑占比增大,导致分形维数变大;数据拟合结果表明耗散应变能和分形维数之间具有线性正相关关系。