应变硬化水泥基复合材料-SHCC韧性性能试验研究

水泥基材料抗拉强度低、韧性差是其易开裂的主要原因之一。高模量PVA纤维可增强基材韧性,使其呈现准应变硬化和多缝开裂特征,改善结构耐久性。通过四点弯曲试验得出了不同加载速率和配比SHCC的力-变形曲线并用CON-SOFT软件计算断裂能。结果表明,硅灰使材料抗压强度有所提高,但最大抗弯承载力和变形下降,断裂能降低。甲基纤维素使SHCC脆性增大。加载速率降低,材料表现出更好的应变硬化性能,微裂缝条数增多。SHCC砂子最大粒径高于ECC,虽达不到后者的最大拉应变,但可降低成本并满足工程需要。韧性性能研究给出了基于耐久性能优化设计和评定SHCC的实用方法。     

应变硬化水泥基复合材料单轴滞回本构模型

为了有效地模拟应变硬化水泥基复合材料(SHCC)构件在地震作用下的性能,提出一种可模拟SHCC构件在反复荷载作用下的单轴本构模型.该模型中SHCC材料受压骨架曲线的上升段采用二次抛物线形式模拟,下降段采用双折线形式模拟;受拉骨架曲线的上升段、应变硬化段及下降段则采用三折线形式模拟.通过设置参考点的方法确定SHCC的卸载规则,考虑了不完全卸载-再加载的情况以及加载过程中的拉压间的传递模式.利用Open SEES计算平台编写了该本构模型,并与材料和构件2个层次的试验结果进行了对比,结果表明,所提出的单轴滞回模型能够准确地反映SHCC材料在反复荷载作用下的受力性能.     

挤压态Al-Mg-Mn合金的塑性变形行为

为改善挤压态Al-Mg-Mn合金棒材的塑性变形性能,确定该合金的加工工艺参数,通过改变变形温度和应变速率,得到伸长率最大的变形参数,并探讨了该合金的断裂机理。结果表明:在变形温度为500℃,应变速率为1.00×10-3s-1时,合金的伸长率最大,达到109.54%;在塑性变形过程中,材料出现应变硬化和应变软化现象,在稳态变形阶段出现锯齿形流变现象。该合金的断裂形式宏观表现为明显的韧性断裂,微观形式为穿晶断裂,断口由韧窝和撕裂棱组成。该研究为挤压态Al-Mg-Mn合金加工工艺参数的合理选择提供了参考依据。     

纤维加筋沥青混凝土断裂性能试验

应用断裂潜能和临界应力强度因子KIC的概念，研究了在开裂的沥青路面上加铺沥青面层时的抗裂性能，分析了玻璃纤维加筋沥青混凝土(GFRAC)、普通沥青混凝土以及抗滑面层的开裂行为。采用马歇尔试验与3点弯曲试验，选取有预切缝和无切缝两种试件进行试验，利用断裂潜能的概念评估沥青混凝土抑制裂缝产生的能力，并且测定了材料的临界应力强度因子。研究表明，加入玻璃纤维能有效地提高沥青混合料稳定度，改善沥青混凝土的高温抗变形能力。     

聚合物材料断面形貌特征定量分析

总结归纳了聚合物材料断面形貌特征定量分析研究取得的一些成果和断面粗糙度的表征参数、测试方法及其分类，指出：随加载速率增大、试验温度降低，聚合物材料断面镜面区、肋状形态应力白化区等耗散能量的特征区域尺寸降低；聚合物材料的断裂能耗表征参量与其断面的镜面区、肋状形态、应力白化区和断面粗糙度有关。脆性断裂时，材料断裂能耗的变化取决于断面粗糙度表征参量(Rs、DF)的变化。断裂能耗参量与断面粗糙度表征参量呈线性正相关关系，韧性断裂时。断裂能耗参量与断面粗糙度表征参量偏离线性关系，其具体的关系与材料的断裂机制有关。聚合物材料断面定量分析必须与其变形、断裂的微观机制相结合，才能得出有价值的结果。     

玄武岩纤维桥梁混凝土韧性特征及衰减规律

为研究玄武岩纤维对桥梁混凝土的增韧阻裂效果,设计了弯曲韧性试验、断裂韧性试验,分析不同玄武岩纤维掺量(体积分数,0%、0.07%、0.08%、0.09%,下同)对桥梁混凝土抗裂性能的影响规律,从中选出最优纤维掺量。利用动态疲劳加载试验,研究普通混凝土和最优纤维掺量组在不同荷载应力水平下(0.5、0.7)弯曲韧性系数和断裂能的劣化衰减规律,并基于扫描电镜(SEM)试验,从微观角度剖析玄武岩纤维对桥梁混凝土的增韧阻裂机理。试验结果表明：玄武岩纤维能够增加混凝土的弯曲韧性,起到增韧阻裂作用,有利于避免在荷载作用下混凝土过早开裂,玄武岩纤维掺量为0.08%时,改善效果最明显,28 d弯曲韧性系数较普通混凝土提高了235%;玄武岩纤维显著提升了桥梁混凝土的断裂能,当纤维掺量为0.08%时,提升效果最明显,较普通混凝土提高了247%;在不同荷载应力水平下,桥梁混凝土的弯曲韧性系数和断裂能都随着疲劳加载次数的增加而逐渐衰退,且初期降低幅度小,后期降低幅度较大。但掺入玄武岩纤维可以减缓桥梁混凝土衰减速率,提高其抵抗疲劳开裂的能力,进而延长桥梁混凝土疲劳寿命;纤维与水泥基体之间良好的黏结性能,使得玄武岩...     

X65管线钢的动态断裂行为研究

采用热激活方法研究了X65管线钢的动态断裂韧性以及温度效应,研究结果表明：该材料的断裂韧性随加载速率提高而降低,存在由加载速率引起的韧脆转化,升高温度将使这一转化向高速区移动,通过热激活分析,获得了断裂激活能以及与温充和加载速率相关的定量化关系,该关系可以预测一定温度和速率范围的断裂韧性,同时在固定的速率下,该关系较好地预测了止裂韧性与温度的关系,从而为用小试样测试止裂韧性指出了可能性。     

材料的力学行为

“力学行为”一词指的是材料对外部载荷的响应。包括决定材料性能的力学测试，对于塑性的有限元分析，改变力学性能的方法以及几种失效模式。材料对外部载荷的响应主要是变形与断裂。变形可能是弹性变形、滞弹性变形或者蠕变。断裂可能是瞬间断裂或者是疲劳断裂。疲劳与断裂对于缺陷、温度和加载速率都很敏感。     

聚合物材料断面形貌特征定量分析

总结归纳了聚合物材料断面形貌特征定量分析研究取得的一些成果和断面粗糙度的表征参数、测试方法及其分类,指出:随加载速率增大、试验温度降低,聚合物材料断面镜面区、肋状形态应力白化区等耗散能量的特征区域尺寸降低;聚合物材料的断裂能耗表征参量与其断面的镜面区、肋状形态、应力白化区和断面粗糙度有关,脆性断裂时,材料断裂能耗的变化取决于断面粗糙度表征参量(RS、DF)的变化,断裂能耗参量与断面粗糙度表征参量呈线性正相关关系,韧性断裂时,断裂能耗参量与断面粗糙度表征参量偏离线性关系,其具体的关系与材料的断裂机制有关。聚合物材料断面定量分析必须与其变形、断裂的微观机制相结合,才能得出有价值的结果。     

聚合物材料断面形貌特征定量分析

总结归纳了聚合物材料断面形貌特征定量分析研究取得的一些成果和断面粗糙度的表征参数、测试方法及其分类,指出:随加载速率增大、试验温度降低,聚合物材料断面镜面区、肋状形态应力白化区等耗散能量的特征区域尺寸降低;聚合物材料的断裂能耗表征参量与其断面的镜面区、肋状形态、应力白化区和断面粗糙度有关,脆性断裂时,材料断裂能耗的变化取决于断面粗糙度表征参量(Rs、DF)的变化,断裂能耗参量与断面粗糙度表征参量呈线性正相关关系,韧性断裂时,断裂能耗参量与断面粗糙度表征参量偏离线性关系,其具体的关系与材料的断裂机制有关.聚合物材料断面定量分析必须与其变形、断裂的微观机制相结合,才能得出有价值的结果.     

玄武岩纤维增强路用混凝土力学与开裂性能

为了提高路用混凝土的韧性和抗裂性能,研究了玄武岩纤维掺量为0,1,3,6和10 kg/m3的碎石稳定基层混凝土和C30混凝土的工作性,抗压强度,断裂能及早期抗裂性能.试验结果表明:玄武岩纤维掺量增加,混凝土工作性下降,但可通过减水剂调整以保证其工作性.玄武岩纤维对混凝土增强效果不明显.混凝土中掺加玄武岩纤维,其峰值荷载和最大变形量均有所提高,当玄武岩纤维掺量大于6 kg/m3时,混凝土断裂能增加30%～100%.当玄武岩纤维掺量大于3kg/m3,混凝土开裂面积降低了30%～70%,混凝土抗裂性能显著提高.此外,SEM表明玄武岩纤维与水泥基体密切结合可以有效吸收混凝土中的拉应力,因而提高了混凝土的阻裂能力.     

应变速率对电沉积纳米晶铜拉伸性能的影响

采用直流电沉积工艺,制备了平均晶粒尺寸为56nm的致密纳米晶铜.室温下进行单向拉伸实验,发现纳米晶铜的强度和韧性均随应变速率的升高而增大,特别是韧性的速率敏感十分显著.应变速率由1.04×10-5s-1升至1.04s-1时,断裂应变由23.2%增至39.4%,同时抗拉强度由309MPa增至451MPa.这一现象可归因于两个方面:首先,纳米晶铜的应变硬化行为随应变速率的升高而增大,从而使其均匀变形阶段的应变增加;其次,高应变速率下纳米晶铜颈缩时发生晶粒转动,这有助于其失稳阶段的应变增加.     

C-Mn钢及焊缝金属各韧性的统一性

在系列温度下测定了16MnR钢及三种焊缝金属的四项韧性指标:VCharpy冲击韧性、预裂纹Charpy冲击韧性、四点静弯缺口韧性和断裂韧度COD,同时测定了四种材料的屈服强度。发现四项韧性指标的延脆转变温度可以通过各材料的屈服强度对温度和加载速率的依赖而统一起来,各韧性的延脆转变现象均由局部解理条件所控制,为简化工程材料抗断性能的评定和断裂理论研究的深入提供了可能。     

接缝修补材料对复合式路面AC层抵抗反射裂缝的试验研究

通过小梁加载试验研究不同修补策略对旧水泥混凝土路面破损接缝处沥青混凝土加铺层(AC)抵抗反射裂缝的有效性。采用3种修补材料即普通水泥混凝土(CC)、纤维增强水泥基复合材料(ECC)和ECC加设传力杆(ECC-dowel),通过三点抗弯试验及微观形貌观察,分析不同复合梁的裂纹发展形式及抗变形能力。研究结果表明:CC,ECC和ECC-dowel修补材料的裂纹发展形式存在明显不同;ECC应变硬化、多点开裂的延性特征可有效防止AC层反射裂缝的产生;ECC与ECC-dowel复合梁的断裂模量、断裂能等无显著差异,说明ECC基体内纤维的桥接作用是复合梁抗变形能力的关键性因素,传力杆贡献不大。     

热轧钢延性损伤断裂过程各向异性的细观力学分析

对热轧钢中的长条形初始损伤孔洞承受不同方向最大正应力时的后续损伤演化和断裂的过程进行细观有限元分析.结果表明:热轧钢中的长条形夹杂物与基体剥离后形成的长条形孔洞在后续加载中,其周围产生的局部高应力应变集中及其相互作用使孔洞长大.孔洞长大行为存在明显的个体差异,个别大孔洞的快速长大和聚合对材料破坏起主导作用.当长条形孔洞承受不同方向的最大正应力加载时,孔洞周围产生的局部应力应变分布及其相互作用不同,孔洞长大速率及其聚合时的临界外加主应变不同,相应的材料延性起裂韧性不同.当最大正应力与孔洞长条平行时,韧性最高;垂直时,韧性最低.     

沥青混合料低温抗裂性评价方法研究

一般评价沥青混合料低温抗开裂性能可从两方面进行,一方面看其在低温下的变形能力;另一方面看其在低温断裂时所能承受的断裂拉力的大小,但以往多以其变形能力这一单一指标来衡量沥青混合料的抗开裂能力是不全面的,为此从如何综合反应沥青混合料断裂时的应力,应变大小的角度出发,提出了评价沥青混合料低温抗开裂性能的压缩应变能指标及计算方法,并对两种改性沥青混合料进行了冻断试验和压缩应变性能试验,比较了它们的试验结果。     

再结晶退火对ECAP变形5083铝合金力学性能的影响

为改善5083铝合金的力学性能,先后对其进行一道次等通道转角挤压处理及再结晶退火处理,再进行拉伸实验,分析变形温度、变形速率对合金伸长率和抗拉强度的影响,并观察合金的断口形貌.结果表明,在拉伸温度为100℃,应变速率为6.67×10-4 s-1时,合金的抗拉强度最高,达到319.7 MPa;当拉伸温度为300℃,应变速率为1.67×10-4 s-1时,合金的伸长率最大,达到75.8％.在拉伸变形过程中,合金出现应变硬化和应变软化现象,并且伴随有锯齿形流变现象.拉伸试样的断裂形式宏观表现为韧性断裂,微观形式为穿晶断裂,断口形貌由韧窝组成.随着变形温度的升高,韧窝的数量增多,尺寸变大,分布变均匀.     

不同替代率石墨尾矿砂混凝土断裂试验

石墨尾矿砂是石墨生产过程中的副产品,堆积过多不仅占用土地资源而且污染环境。为了解决传统混凝土中细骨料砂的替代问题,本文探究不同替代率的石墨尾矿砂混凝土在不同加载速率作用下的断裂性能变化规律。通过不同替代率、不同加载速率下的三点弯曲断裂试验,研究其对尾矿砂混凝土断裂性能的影响,分析其破坏形态、断裂韧度和断裂能。研究结果表明：随着加载速率的提高,石墨尾矿砂混凝土的断裂韧度和断裂能呈上升趋势,加载速率越大、断裂韧度和断裂能越大;石墨尾矿砂的掺入有利于提高混凝土的断裂性能和延性,在石墨尾矿砂替代率为0%~30%的范围内,替代率越高,裂纹延伸速度越缓慢,产生的裂纹宽度越小且断裂韧度及断裂能提升效果越为显著。     

PVA纤维表面覆油量对SHCC拉伸性能的影响

为了制备高强高韧应变硬化水泥基复合材料(SHCC),并且研究PVA(聚乙烯醇)纤维对其受拉特性的影响,使用不同PVA纤维配制SHCC并进行单轴拉伸试验,分析PVA纤维覆油量、纤维长度对其强度与韧性的影响,采用傅里叶转换红外线光谱(FTIR)和扫描电子显微镜(SEM)观测纤维属性,用超景深显微镜统计裂纹数目并计算其平均宽度.结果表明:采用不同覆油量的PVA纤维均能制备SHCC;当覆油量为0.8%、纤维长度为12mm时,配制的SHCC特性更佳;采用不同覆油量的PVA纤维配制的SHCC在断口处残留纤维长度不同.     

基于OT试验的大粒径沥青混合料抗裂性能研究

为了研究大粒径沥青混合料作为沥青路面下面层抵抗反射裂缝的能力,研究了其在不同荷载速率、不同温度、不同油石比和不同老化情况下的抗裂性能。通过OT试验对大粒径沥青混合料进行单调拉伸试验并对其断裂面分形特性进行研究,测出其在不同条件下的荷载位移曲线,得出不同条件下的力学性能参数和分形维数。研究结果表明:大粒径沥青混合料在不同条件下表现出很好的分形特性,分形维数越高表明断裂能越高;总断裂能和裂缝扩展阶段的能量随温度的降低、油石比的增大、加载速率的提高和老化程度的增加而增大;峰值荷载和断裂能指数随加载速率增加和温度的降低而增加。推荐用总断裂能和分形维数评价大粒径沥青混合料的抗裂性能,以提高试验重复性。断裂能指数对沥青混合料断裂性能评价的有效性还有待进一步研究。