高速移动荷载作用下板式轨道混凝土应变速率研究

基于有限元理论,运用ANSYS软件,建立路基及桥上板式无砟轨道的动力有限元模型,计算不同荷载工况下板式轨道的混凝土应变速率。结果表明:随着列车速度的提高,板式轨道混凝土应变速率逐渐增大。路基上板式轨道的混凝土应变速率较桥梁上的板式轨道混凝土应变速率大。多个移动荷载作用下板式轨道混凝土应变速率较单个移动荷载大,板式轨道混凝土应变速率在10-4~10-2 s-1处于动态性能范畴。     

混凝土疲劳变形曲线三阶段的比例关系与应变速率

为更加准确地描述混凝土疲劳变形曲线的演变规律,对变形曲线三阶段的比例关系及其应变速率的变化规律进行了研究。定性分析了疲劳应变速率的变化趋势和特征,提出了基于疲劳应变速率划分疲劳变形曲线三阶段的方法,在此基础上,采用回归分析的方法分析了三阶段的比例、应变速率与应力水平和疲劳寿命之间的关系,建立了基于三阶段比例关系和应变速率的疲劳变形曲线演化方程。结果表明,基于应变速率划分疲劳变形曲线的三个阶段比目测法具有更高的精度,基于三阶段比例关系和应变速率的疲劳变形曲线演化方程能更充分地描述疲劳变形曲线的细部特征。     

不同冷却方式对混凝土的损伤破坏研究

不同的冷却方式都会对混凝土产生不可逆的重要影响,为了探究不同冷却方式对混凝土承载能力的影响以及混凝土破坏时内部的声发射现象,采用高温炉对混凝土进行300℃高温,高温过后采用不同的冷却方式(水冷和空气中自然冷却),测定其单轴抗压强度和表观颜色变化,在试验过程中结合声发射来探究试样破坏时微观和宏观之间的联系.结果表明:混凝土气冷方式对其抗压强度有显著提高,水冷方式对其抗压强度有略微降低,气冷混凝土表现了较强的脆性特征,常温和水冷表现的塑性特征比较明显.每次应力--应变曲线的跌落都会伴随一次较大的声发射事件发生,在试样彻底失去承载力之前会伴随着一次最大的声发射信号的发生.     

加载速率对缺口前应力、应变分布的影响

用动态有限元法,计算了一种低合金钢在不同加载速率下四点弯曲缺口试样缺口根部应力、应变和应变率的分布.结果表明:缺口前各点的应变率和试样整体屈服载荷Pgy随加载速率的增加而增加;在相同的P/Pgy下,缺口前各点的正应力随加载速率的增加而增加,而应变基本不变.加载速率对缺口前应力、应变分布的影响是由于其引起了缺口前应变率的变化,从而使材料力学性能发生变化所引起的.     

单轴压缩下炭质板岩的应变速率效应及声发射特性

为了探究应变速率对炭质板岩单轴力学特性和声发射特征的影响,开展了4组不同准静态应变速率（8.50×10^-6s^-1、1.70×10^-5s^-1、1.70×10^-4s^-1和3.34×10^-4s^-1）下的单轴压缩试验,并同时监测了加载过程的声发射信号。基于试验数据,总结分析了应变速率对炭质板岩应力-应变关系、能量耗散及声发射特征的影响规律,探讨了应变速率的影响机制。同时,基于加载过程中耗散能密度的演变规律,提出了将耗散能曲线平直段起点作为炭质板岩闭合应力σ_cc、平直段终点作为扩容应力σ_cd的特征应力确定方法。结果表明：在准静态应变速率范围内,炭质板岩的弹性模量和峰值强度随应变速率的增大均先增大后减小,在应变速率1.7×10^-4s^-1时达到最大值;闭合应力、起裂应力和扩容应力与峰值应力的比值基本在0.37、0.55和0.74左右,不随应变速率发生变化;应变速率对声发射信号影响显著,随应变速率增加,0~50kHz内的主频率占比逐渐增加,而100~250kHz内的主频率占比逐渐减小,炭质板岩的破坏形式逐渐由张拉破坏变为剪切破坏。     

三级配混凝土及湿筛混凝土单轴动态拉伸性能试验研究

考虑大骨料特性的混凝土动态拉伸性能研究是混凝土坝抗震特性研究的一个突出问题.进行了大坝迎水面常用的三级配混凝土及湿筛混凝土在10-5、10-4、10-3、10-2 s-1四种应变速率下的单轴动态直接拉伸强度试验.试验采用尺寸为250mm×250mm×400mm和150mm×150mm×300mm的棱柱体试件.试验测得不同应变速率下试件的单轴动态拉伸应力和应变.基于试验数据探讨了三级配混凝土及湿筛混凝土的破坏形态、单轴抗拉强度、峰值应力点的应变随应变速率的变化规律.此外,还建立了三级配混凝土与相应湿筛二级配混凝土的动态强度关系.试验结果可为混凝土大坝、海洋平台等的抗震设计提供理论依据.     

应变速率对Fe-11Mn-2Al-0.2C中锰钢变形行为的影响

对Fe-11Mn-2Al-0.2C中锰钢进行不同应变速率(2×10^-4~200s^-1)下的拉伸试验,探讨其力学性能和变形机制.结果表明:随应变速率的增加,抗拉强度由1456MPa逐渐降低到1086MPa;在应变速率为2×10^-4~20s^-1时,总伸长率由48.2%降低到38.2%;在应变速率为20~200s^-1时,由38.2%上升至44.0%.随应变速率的增加,试样的显微组织被拉长、扭曲、切断;韧窝形态由深的等轴韧窝向浅的卵形韧窝转变;试样受力由正应力为主导逐渐转变为剪切应力为主导.变形机制与应变速率有关,低应变速率(2×10^-4~2×10^-3s^-1)下TRIP效应明显;中应变速率(2×10^-2~2s^-1)下TRIP效应受到抑制,出现TWIP效应;高应变速率(2~200s^-1)下TRIP和TWIP效应都增强.     

温度和应变速率对316LN钢高温性能的影响

在Gleeble-1 500D热模拟机上进行了光滑圆棒的拉伸试验,温度区间：900℃～1 250℃,间隔50℃,应变速率分别为：1 s-1,0.5 s-1,0.05 s-1,0.005 s-1,得到了不同温度和应变速率下316LN钢的真应力-应变曲线和断面收缩率,通过对实验数据分析及对断口金相观察,得到了温度和应变速率对316LN钢高温性能的影响规律：在给定的范围内,随着温度的升高,316LN钢的抗拉强度越来越小,而随着应变速率的增大,316LN钢抗拉强度越来越大;随着温度和应变速率的增加,316LN钢的塑性越来越好。     

应变率对混凝土抗拉特性影响

在MTS伺服疲劳机上对混凝土进行动态受拉试验,分析试验结果,发现混凝土的抗拉强度与应变率的对数近似成线性关系;混凝土的弹性模量、吸能能力均随着应变率的增加而增加;泊松比不随应变率的变化而变化。在此基础上,推导出了混凝土的抗拉强度与应变率的近似关系,并与文献中的结果进行了比较。     

混凝土应变软化与局部化的数值模拟

在细观层次上将混凝土看作是一种由粗骨料、砂浆和它们间的粘结带组成的三相复合材料,根据蒙特卡罗随机抽样原理,在计算机上随机生成了碎石骨料的混凝土随机骨料结构,建立了正交各向异性损伤本构方程,提出了适合细观有限元分析的强度与韧性综合破坏准则以及优先开裂原理,利用中模型和方法,数值模拟了混凝土单轴受拉试件的细观破坏过程,逼真地阐明了名的应变软化与局部化现象,说明了混凝土细观有限元分析是一种研究混凝土基本特性的行之有效的数值分析方法。     

快速应变率下对中强混凝土峰值应力与峰值应变的影响

在不同的应变率的作用下,通过对混凝土的本构关系进行试验研究,由快速率下试验得出的峰值应力与峰值应变,与静态试验得出的数据进行比较,为混凝土的动态研究提供试验依据。     

混凝土力学性能的应变率效应

针对混凝土材料本构关系具有明显的应变率效应,对混凝土材料在不同应变率下的力学性能进行了分析研究。总结了应变率对混凝土抗压强度、抗拉强度、弹性模量以及临界应变的影响,通过比较各拟和公式预测的动态增大系数以及文献中的试验数据,分析了各公式的适用条件和范围。结果表明：对于混凝土抗压强度,在不同的应变率范围内应采用不同的经验公式;对于混凝土抗拉强度,修正的CEB（欧洲国际混凝土委员会规范）公式与试验数据符合更好;应变率对弹性模量的影响较小,可采用CEB公式计算动态弹性模量;应变率对与极限抗压强度、极限抗拉强度相对应的临界应变值的影响需做进一步的研究。     

应变率效应对再生混凝土动态力学性能的影响

通过约束再生混凝土单轴受压动态力学试验,研究了应变率效应对约束再生混凝土力学参数的影响.分析不同应变率下再生混凝土动态破坏特征以及受压应力-应变关系全曲线,可以发现:在不同应变率、再生粗骨料取代率或体积配箍率下,再生混凝土单轴应力-应变关系曲线的上升段基本一致,而下降段差异较为明显;随着应变率的提高或再生粗骨料取代率的增加,下降段曲线随之变陡,而随着箍筋配箍率的提高,下降段曲线明显随之趋于平缓.通过试验数据回归分析,提出约束再生混凝土受压峰值应力和峰值应变动态放大系数函数模型;随着应变率的提高,约束再生混凝土受压峰值应力和峰值应变均随之增大;而约束再生混凝土受压峰值应变动态放大系数增加幅值低于受压峰值应力动态放大系数的增加幅值;进一步分析了应变率效应对约束再生混凝土初始弹性模量的影响规律,确定了初始弹性模量和应变率的函数关系,并给出了初始弹性模量动态放大系数函数模型.随着应变率的提高,约束再生混凝土初始弹性模量动态放大系数随之增大,但其增长幅度要比受压峰值应力和峰值应变动态放大系数的增长幅度小.     

海蛎壳替代率对混凝土抗压强度的影响

以C25天然砂混凝土为研究对象,通过研究同一强度等级不同替代率下的海蛎壳掺量对混凝土抗压强度的影响,得出混凝土28 d抗压强度值最大的海蛎壳替代率。与天然砂混凝土进行了比较并进行了机理分析,同时对混凝土抗压强度试验的破坏形态进行了机理分析。结果表明：海蛎壳混凝土的抗压强度值随海蛎壳替代率的增加而降低。总体上,海蛎壳替代后的混凝土强度符合强度等级标准要求,但海蛎壳混凝土的抗压强度值均低于天然砂混凝土。海蛎壳混凝土的破坏形态与海蛎壳掺量有关系,海蛎壳掺量越少,则混凝土破坏程度越剧烈。     

考虑应变率效应的混凝土动力弹塑性损伤本构模型

通过对损伤能释放率阀值的Perzyna粘性规则化,将作者提出的混凝土静力弹塑性损伤本构模型进行了动力推广,并将二者统一为一类基于能量的弹塑性损伤本构模型.给出了建议模型的基本公式以及在不同应变率作用下混凝土材料的数值模拟结果.分析结果表明:建议模型能够很好地描述混凝土在不同应力状态下的各种典型非线性行为,包括动力作用下的应变率效应.     

RPC材料冲击加载下的横向惯性和应变率效应

对3种钢纤维含量活性粉末混凝土(RPC)的冲击压缩性能进行了实验研究和数值模拟.为消除SHPB(Split Hopkinson Pressure Bar)冲击实验中的高频弥散和实现近似恒应变率加载,实验过程中采用了波形整形技术.考虑到RPC材料具有静水压力效应,其冲击加载下动态强度的提高实际是应变率效应和横向惯性造成的静水压力效应共同作用的结果.为了将二者加以区分,采用数值模拟结合静态围压实验确定材料的横向惯性效应,在此基础上,RPC材料的真实应变率效应被实验确定.     

不同形状尺寸C20混凝土试件抗压强度的关系

通过大量试验分析了不同形状和不同尺寸混凝土试件抗压强度的相关关系.采用的混凝土试件的形状有立方体、圆柱体及棱柱体,混凝土小试件的横向尺寸为150 mm,大试件的横向尺寸为450 mm.全部试件采用统一配比、统一养护条件,统一试验龄期(约90 d)及统一加载条件来进行加载试验,混凝土强度等级为C20.通过试验发现它们的抗压强度具有较高的相关性.这种相关性可用统一的经验表达式来描述.     

应变上限递增的混凝土高压应变循环受力试验

为了建立考虑高应变低周疲劳性能的混凝土受压本构模型,利用全数字化电液伺服式试验机及其位移控制加卸载功能,在已经完成的混凝土棱柱体等应变幅多次重复受压试验(最大应变以不同幅度超过ε0,ε0为与峰值应力对应的应变)的基础上,进一步完成了压应变上限逐步加大的混凝土棱柱体多次重复加卸载试验,获得了其独特的低周疲劳特征及加卸载应力-应变规律.结果表明,有必要根据实测结果对以往假定的卸载-再加载本构模型作出重要调整.     

聚氯乙烯塑管混凝土力学性能的试验研究

对PVC(聚氯乙烯)管混凝土组合材料的力学性能(包括强度、应力-应变曲线、应变能)进行了研究,并考虑了塑管厚度和核心混凝土强度等因素的影响.试验结果表明:PVC管混凝土极大改善了素混凝土的脆性问题,应变能的提高幅度在9.3～25.0倍之间.塑管混凝土的强度随核心混凝土强度以及塑管厚度的增大而提高,但增强系数随着核心混凝土强度的增大而降低.应力-应变曲线下降段的斜率大小由PVC管厚度决定,核心混凝土强度仅仅影响了PVC管混凝土的极限强度.     

水泥砂浆应变率效应研究

为分析试件长径比和应变率对水泥砂浆动态力学性能的影响规律,采用准静态实验测量了砂浆的单轴压缩强度、弹性模量以及泊松比.利用分离式SHPB压杆进行1维应力压缩实验,对水泥砂浆试件进行了回收和比较,获得了不同长径比水泥砂浆试样在不同加载速率下的动态损伤破坏过程和应力应变曲线,研究了动态强度增强因子随应变率的变化规律.结果表明:动态压缩强度随应变率的增加而显著增大;试件直径相同时,厚度小的获得的动态强度增强因子要小于厚度大的;随着应变率提高,试件损伤增加,碎块尺寸越小,表明破坏能量随应变率的增加而提高.