乙烯-四氟乙烯薄膜循环拉伸的黏弹塑性本构模型

对250μm厚乙烯-四氟乙烯(Ethylene-Tetra-Fluoro-Ethylene,ETFE)薄膜进行了单轴循环拉伸试验,通过试验得出ETFE薄膜的应力应变曲线,基于宏观现象和各向同性材料小应变假设,推导了适用于ETFE薄膜单轴循环拉伸第1次加载和卸载的本构方程,编写了采用两步法确定本构方程中参数的程序,利用程序模拟了ETFE薄膜在循环拉伸状态下第1次加载和卸载的应力应变关系.通过与试验得到的应力应变关系对比分析,验证了该本构方程和程序的正确性.提出的ETFE薄膜的本构方程可以较为准确地预测ETFE材料的应力应变关系,为ETFE薄膜结构的分析和计算提供参考.     

氟化乙丙烯薄膜单轴拉伸力学性能试验

对150μm厚氟化乙丙烯(FEP)薄膜沿MD和TD方向裁取的试样进行4种拉伸速度的单轴拉伸试验,得到相应的屈服强度、抗拉强度和断裂伸长率,并给出以应变速率为变量的线性拟合公式;进行3种拉伸应力的循环拉伸试验,得到每循环割线模量及残余应变;进行3种应力水平下的徐变试验,分析徐变发展趋势.结果表明:FEP薄膜的屈服强度、抗拉强度和断裂伸长率都随着应变速率的增大而增大;随着循环次数的增加,循环割线模量及残余应变趋于稳定;拉伸应力9MPa时材料产生明显徐变.试验结果对FEP薄膜工程设计应用具有参考价值.     

高持续荷载下混凝土徐变和损伤耦合机理

为研究混凝土在高持续荷载作用下徐变和损伤的耦合机理.采用加卸载、碱骨料及高温烘烤获得了带不同初始损伤的混凝土,并开展了损伤混凝土在不同应力水平高持续荷载下的徐变试验,分析了混凝土徐变变形和损伤随持荷时间的变化规律,研究了单调加载和持续荷载下材料内部损伤演化和应变能累积的关系.结果 表明:混凝土在长期荷载作用下损伤随徐变应变增加而增大,在损伤稳定发展阶段徐变应变与损伤基本呈线性关系.混凝土在不同荷载形式下应变能和损伤的演化关系相同,可以通过混凝土单轴损伤-应变能关系来表征高持续荷载下徐变和损伤的耦合关系.研究成果可以为长期荷载下混凝土结构分析提供参考.     

混凝土圆柱体早期收缩徐变性能试验研究

通过恒温恒湿条件下对素混凝土徐变柱在不同加载龄期下进行短期持荷试验,得到了混凝土圆柱体早期收缩徐变规律,对比了不同加载龄期下混凝土圆柱体早期徐变性能差异性.试验表明:混凝土早期收缩应变随时间逐步增大,收缩应变率变化较小,早期体外收缩应变较体内收缩应变要大,体内外收缩应变差值随着时间有增大趋势;混凝土早期徐变系数随持荷时间而增大,徐变增长速率逐步减小,混凝土圆柱体体内实测徐变系数较体外实测徐变系数偏小;在持荷初期阶段,加载龄期越大,徐变系数越小,徐变系数增长速率越快.     

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.     

基于平面裁切的三角形乙烯-四氟乙烯气枕成形试验及数值模拟

基于平面裁切的设计方法,制作了边长为2.5m的正三角形乙烯-四氟乙烯(ETFE)气枕模型,结合自动压力控制、三维摄影测量、激光测量等技术对ETFE气枕进行充气成形试验和测量分析.ETFE气枕经历了0~2kPa的充气加压,压力为2kPa、时间为24h的黏弹性徐变,放气至0kPa、时间为24h的徐变恢复等一体化流程.得到了各状态下的气枕内压值、上膜面整体形态和下膜面矢高值,并基于膜面形态计算出应力分布.通过与充气加压过程的几何非线性有限元分析结果进行比较分析,揭示了ETFE薄膜经历弹性变形、黏弹性徐变、徐变恢复等过程时的深刻力学性能与行为.试验结果验证了基于平面裁切的成形设计方法的可行性,对ETFE气枕结构的推广和应用具有较高价值.     

温度对红粘土胀缩特性研究

温度对红粘土收缩、膨胀影响很大。在105℃和25℃条件下,通过大量室内试验,研究了温度对红粘土含水率、收缩和膨胀胀变形规律。结果表明,。含水率随时间关系可用多项式函数来拟合。温度越高收缩、膨胀越快。线缩率随含水率的增大而增大,随压实度的增大而增大。红粘土线缩率随时间关系可用多项式函数来拟合。膨胀率随时间关系可用对数函数来拟合。     

ETFE薄膜单轴和双轴拉伸试验与分析

采用乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)薄膜哑铃形试件,进行单轴拉伸试验,得到了工程中常用的ETFE薄膜的力学参数(屈服强度、屈服应变、切线模量和割线模量);在考虑ETFE薄膜粘弹塑性效应特征的前提下,应用应变能等效的方法计算ETFE薄膜等效弹性模量,结果表明计算得到的等效弹性模量介于切线模量和割线弹性模量之间.研制了一种专用于ETFE薄膜双轴拉伸试验的装置,并进行了系列试验;基于正交异性薄膜理论推导出薄膜双向解耦的独立弹性常数计算列式.根据ETFE薄膜双轴拉伸应力-应变曲线,求得厚度为250μm的ETFE薄膜在双边应力比为1:1的工况下的耦合模量为1163 MPa;由正交异性理论计算得该薄膜的解耦模量为814.2 MPa,与单轴拉伸试验得到的等效弹性模量相近.     

再生骨料混凝土徐变特性基础试验

以水灰比为参数对水泥浆的力学性能和徐变特性进行了基础试验.结果表明,水泥浆的弹性模量和抗压强度均随水灰比的增加而降低,外界环境(温度和湿度)对水泥浆的徐变影响不大.在此试验基础上,通过研究水灰比和水泥浆徐变函数(单位应力作用下弹性变形与徐变应变之和)之间的关系,建立了水泥浆和砂浆徐变函数的预测模型.对配合比为m(水泥)∶m(水)∶m(细骨料)=0.5∶1∶1.49的砂浆徐变预测结果和试验结果的对比分析表明,砂浆徐变函数预测模型可以较好地预测砂浆的徐变发展过程.模型再生混凝土的徐变试验证明,老砂浆的存在是再生混凝土徐变增加最重要的一个原因.     

沥青混合料动态模量主曲线方法对比分析

为了更好地研究沥青混合料的动态特性,在4.4、21.1、37.8、54.4℃这4个试验温度下对沥青混合料进行简单性能试验(SPT),获得动态模量随加载频率的变化规律,然后基于时-温转换原理,采用WLF法和二次多项式法对数据进行非线性拟合,以此建立动态模量主曲线模型,并对两种方法进行分析。结果表明:1)相同试验温度下,沥青混合料动态模量随荷载加载频率增大而增大,相同加载频率下,沥青混合料动态模量随试验温度升高而降低,且试验温度越低时,加载频率的影响越显著;2)WLF法和二次多项式法均可拟合动态模量主曲线,拟合度分别为0.899和0.998。相较而言,二次多项式法能有效减少预测误差,主曲线模型拟合度和光滑程度更高,能够更准确地描述沥青混合料粘弹性动态响应的影响。     

弹性充气薄膜圆球的接触变形

本文讨论一充气的薄膜圆球在两平行平面间接触加载时的变形与应力问题。计算表明,加载处的载荷挠度曲线呈现很强的非线性性质,其刚度在开始加载荷时为零,然后随载荷的增大而增大。经向薄膜力在加载区附近小于未加载时的初始薄膜力N_o,随极角α的增大趋于N_o。纬向薄膜力在加载区附近也小于N_o,随α的增大到达一大于N_o的极大值,随后又趋于N_o。     

直角梯形ETFE气枕塑性成形试验与数值分析研究

乙烯 四氟乙烯共聚物(ETFE)薄膜材料具有良好的塑性性能,利用这一性能,ETFE气枕可以进行基于平面裁剪的塑性成形.制作了两个直角梯形ETFE气枕模型,设计了气枕充气泄气压力控制系统,对两个气枕分别进行充气成形试验和循环充气加载试验,利用激光位移计对膜面位置进行测量.试验结果表明,经过2kPa内压的塑性成形,得到的两个气枕的矢跨比分别为1/9.4和1/10.3,成形过程使ETFE薄膜材料发生强化.采用多折线各向同性强化的弹塑性材料模型模拟ETFE薄膜,通过ANSYS软件进行了气枕成形以及循环加载的数值分析,并对数值分析结果与试验结果进行了对比分析.     

PV-ETFE气枕结构温度实测研究

为了研究柔性非晶硅薄膜光伏电池-乙烯四氟乙烯共聚物(简称PV-ETFE)气枕结构的温度特征,设计了由三层ETFE气枕与集成于其中层膜上表面PV组成的气枕1及由双层ETFE气枕与集成于其上层膜上表面PV组成的气枕2,实测了两种气枕的PV和ETFE薄膜的夏季温度数据.通过分析得到:两种气枕的PV和ETFE薄膜温度差分别为35.4℃和26.2℃;气枕1和气枕2ETFE薄膜受气枕内空气温度和气枕外空气流动影响明显;PV温度受阴影及太阳光入射角影响.     

直角梯形ETFE气枕塑性成形试验与数值分析

乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)薄膜材料具有良好的塑性性能,利用这一性能,ETFE气枕可以进行基于平面裁剪的塑性成形.制作了两个直角梯形ETFE气枕模型,设计了气枕充气泄气压力控制系统,对两个气枕分别进行充气成形试验和循环充气加载试验,利用激光位移计对膜面位置进行测量.试验结果表明,经过2kPa内压的塑性成形,得到的两个气枕的矢跨比分别为1/9.4和1/10.3,成形过程使ETFE薄膜材料发生强化.采用多折线各向同性强化的弹塑性材料模型模拟ETFE薄膜,通过ANSYS软件进行了气枕成形以及循环加载的数值分析,并对数值分析结果与试验结果进行了对比分析.     

热损伤花岗岩三轴压缩蠕变破坏声发射及损伤演化特征

为探究深部高温高压环境对工程围岩蠕变性质的影响,开展了不同程度热损伤花岗岩的三轴分级蠕变加载试验,分析其声发射活动及损伤演化特征。研究结果表明：在分级蠕变加载中,当轴向应力达到1.50～1.65倍损伤应力σ_cd后,花岗岩损伤演化加快,达到(1.65～1.80)σ_cd后,发生加速蠕变破坏;在同一级加载中,随热处理温度升高,声发射活动在减速蠕变和稳态蠕变阶段减弱,在加速蠕变阶段增强;围压效应可以减弱热损伤对花岗岩蠕变特性的影响,围压与热损伤的耦合效应可以抑制蠕变过程的裂纹扩展,但当轴向应力增大、岩石失稳后热损伤对蠕变破坏加剧起控制作用;在分级加载过程中,随热处理温度升高,损伤变量的增长趋势先减缓后加快,600℃热处理试样损伤发展最快,常温试样次之,150℃和300℃热处理试样最慢;蠕变过程中剪切裂纹占比在35%～60%,随分级加载应力增大,微裂纹类型向剪切型转化;热损伤花岗岩矿物晶粒内和晶界裂纹有不同程度的发育,导致剪切裂纹占比随热处理温度升高而先减小后增大。     

聚乙烯醇纤维和减缩剂对等强度混凝土徐变性能的影响

采用自制的徐变加载装置,研究了聚乙烯醇(PVA)纤维掺量、减缩剂以及两者双掺对7 d等强度达到C50混凝土徐变性能的影响规律,结合自然养护和加载状态2种条件下的净浆的化学结合水量分析了其影响机理.结果表明:混凝土7 d加载,其徐变系数在持荷60 d后趋于稳定;相比于基准混凝土,加载状态促进了单掺减缩剂混凝土的水化,极大地降低了其徐变系数,单掺适量(0.6 kg/m3)PVA纤维对混凝土徐变系数影响不大,而加载状态显著地延缓了单掺过量(1.2 kg/m3)PVA纤维混凝土的水化,明显增大了其徐变系数,双掺适量PVA纤维和减缩剂降低了其徐变系数,而双掺过量PVA纤维和减缩剂反而增大了其徐变系数.     

回字形超长框架结构温度应力设计

在理论分析和现场长期测试的基础上,针对回字形超长框架结构的特点,研究了该类结构的温度应力设计方法.采用余弦函数模拟季节温度变化,应用CEB-FIP MC90规范中的收缩公式及JTJ023—85规范中的徐变本构关系和徐变计算的继效流动理论,结合考虑徐变应力折减系数的简化计算方法,对实际工程进行了温度应力分析,分析结果与现场测试结果吻合.分析表明,回字形框架的楼面角点、角柱、边梁、楼面中间区域为温度应力设计的关键部位,在这些关键部位配置适量通长普通钢筋即可控制温度及收缩裂缝,且对结构造价影响很小.     

Kapton薄膜折叠力学行为分析与试验

基于线弹性工程理论对S型折叠模型进行了研究,推导得到相邻接触薄膜反弹力与薄膜间距的关系式.利用ABAQUS,采用隐式静力法对薄膜折叠过程进行了数值模拟.采用连续加载和分级加载对50和125μm薄膜进行弹性返复与弹塑性返复折叠试验,测得了薄膜反弹力与薄膜间距的关系曲线和薄膜折叠间距的蠕变量.通过单轴拉伸试验测得薄膜应力应变曲线及其力学参数,并应用于模型的理论分析和数值模拟分析.3种方法所得的薄膜反弹力与薄膜间距的关系曲线具有较好的一致性,表明了一维近似理论的合理性和数值模拟的有效性.     

6111铝合金热变形流变行为及本构模型

试验材料为厚2 mm的6111铝合金,利用ZWIKE100KN高温材料试验机对该材料在350~550℃,0.1~10 s^-1应变速率下进行热拉伸试验.结果表明：受位错密度的影响,6111铝合金的流变应力随温度的升高而降低,随应变速率的增大而增大;可以分为应变硬化和饱和稳态流变两个阶段.基于Voce饱和外推模型（H-S模型）构建以温度、应变、应变速率为变量因素的6111铝合金流变应力本构模型,通过回归拟合试验数据求解模型中的参数.试验数据与计算该模型得到的预测曲线吻合较好,验证了该模型的可行性.     

基于等效龄期与结构单元的HPC早龄期拉伸徐变评价

通过对早期设计的拉伸徐变装置的改进,实验评价了养护温度和加载龄期对高性能混凝土早龄期拉伸徐变特性的影响.在考虑混凝土内部结构单元对徐变作用的基础上利用流变学原理提出了评价早龄期拉伸徐变的ZC模型.通过对拉伸徐变实验数据的分析,得到了模型参数,进而获得了早龄期拉伸徐变的评价式,并对其进行了实验验证.结果表明,高性能混凝土早龄期拉伸徐变在加载初期增长快速,后期则逐渐趋于稳定,并且养护温度越高,徐变收敛的趋势越明显;所提出的ZC模型能较好地描述不同养护温度和不同加载龄期早龄期拉伸徐变发展特征,对3d前加载的混凝土徐变应变的定量评价其误差在10%以内.