基于拉压差异的沥青混合料强度与疲劳特性

【目的】探究沥青混合料的拉压差异力学特性。【方法】开展了典型沥青混合料直接拉伸和四点弯曲强度及疲劳试验,基于材料拉压模量差异特性推导并得到了区别于传统四点弯曲梁的真实四点弯曲强度计算公式,分析了传统四点弯曲、真实四点弯曲及直接拉伸应力状态下强度、疲劳寿命及模量衰变规律。【结果】真实四点弯曲强度约为传统四点弯曲强度的80%,在相同加载速率下,不同应力状态强度中直接拉伸强度最小,且其对加载速率的敏感性亦最低;在相同应力水平下,直接拉伸疲劳寿命最小,但在相同真实应力比下直接拉伸疲劳寿命最大,真实四点弯曲疲劳寿命约为传统四点弯曲疲劳寿命的46%;真实四点弯曲疲劳试验的模量衰变速率远小于直接拉伸模量衰变速率,且破坏时前者的模量衰减幅度更小。【结论】材料的拉压差异特性对其力学参数的测试结果及变化规律影响显著,研究成果可为考虑拉压差异的沥青路面结构设计参数取值提供参考。     

晶粒组织对7020-T5铝合金型材强度和抗腐蚀性能的影响

通过室温拉伸试验、剥落腐蚀试验、慢应变速率拉伸试验和四点弯曲试验,并结合金相观察、电子背散射衍射(EBSD)和透射电镜(TEM)等微观组织分析技术,研究晶粒组织对7020-T5铝合金型材的强度、抗剥落腐蚀性能以及抗应力腐蚀性能的影响。研究结果表明：完全再结晶型材的室温拉伸强度较低,其抗剥落腐蚀性能达到N级,但型材的抗应力腐蚀性能严重恶化,应力腐蚀敏感指数I_SSRT为9.55%,四点弯曲试验中应力腐蚀裂纹沿着再结晶晶粒向内快速扩展,24 h即发生应力腐蚀断裂。表层粗晶和内部再结晶晶粒降低材料的力学性能,使应力腐蚀裂纹在型材表面深度方向上的扩展速率加快。晶粒细小、不含表层粗晶、再结晶分数低的均匀变形组织有利于获得更高的综合性能,具有该种晶粒组织的7020-T5铝合金型材的抗拉强度和屈服强度分别达到366.6 MPa和314.2 MPa,断后伸长率达到15.7%,抗剥落腐蚀性能达到PB级,应力腐蚀敏感指数I_SSRT为2.38%,四点弯曲应力腐蚀试验中表面产生腐蚀裂纹和发生应力腐蚀断裂的时间分别为580 h和1 736 h,抗应力腐蚀性能优异。     

柔性混凝土的抗拉特性及其破坏准则研究

通过极限抗拉强度试验和围压作用下的拉伸试验，研究了柔性混凝土的抗拉破坏特性，研究表明：柔性混凝土与普通混凝土相比，拉压强度比、极限拉应变明显增大；围对抗拉强度影响较小，对拉应变影响较大，当发生拉断破坏时，应以抗拉强度作为破坏准则，当发生剪断时，就以莫尔－库化理论作为破坏准则。     

灰铸铁拉伸与扭转破坏实验的强度条件分析

针对常用强度理论脆性材料在复杂应力状态下的生断裂破坏,理论计算与试验结果误差较大这一问题,对铸铁材料的拉伸破坏及扭转破坏实验的结果进行了分析。研究了复杂应力状态下单元体内各物理量对材料生断裂的影响,修正了第一、第二强度理论,给出了一个铸铁性断裂的强度条件。新的强度条件能较好解释铸铁材料的拉伸、扭转破坏实验结果。     

摩擦型混凝土纯拉伸夹具

众所周知,混凝土纯拉伸试验比较难以进行。目前采用的∞字形,束腰形和预埋钢筋等试件的拉伸试验往往都有扭矩和偏心矩存在,并且试件都是一次性破环,不能做到一件多用,所以大多数试验室常采用弯曲试验或劈裂抗拉试验代替直接拉伸试验。但是,弯曲抗拉强度和劈裂抗拉强度都只是一个相对值,不能代表材料的真实抗拉强度。而且,试件在弯曲过程中只在跨中有最大的弯矩,可材料最薄弱点不一定在跨中,同时弯曲中性面的位置也会随材料拉压强度比的不同而移动;在劈裂试验中,劈裂抗拉强度又受劈裂点状态的严重影响。这些现象都不可避免地使测量结果出现误差。采用摩擦型纯拉伸夹具进行的直接拉伸试验则有效地避免了上述现象。     

韧性断裂机理的理论探讨与基于铝合金薄板韧性断裂准则的修正

对韧性材料的断裂机理进行理论研究.当裂纹尖端附近两个相邻的材料微单元体的破坏面共面或共线时,裂纹可以通过破坏面扩展并传递到相邻的单元;当两个单元体的破坏面与两单元体中心线成一定角度时,两单元体之间将产生相对滑动或旋转,使得两破坏面之间重新共面或共线,从而使得裂纹可以扩展,形成一个连续的裂纹开裂面.基于铝合金6063薄板修正韧性材料的断裂准则,并用简单的平面应力状态下的平板拉伸试验和平面应变状态下的缺口拉伸试验,结合有限元ABAQUS计算求得韧性断裂准则中的材料常数.     

原状黄土的联合强度理论探讨

目前尚未存在统一的既能判断拉伸破坏,又能判断剪切破坏的土的联合强度理论。文章以洛川黄土为研究对象,采用单轴直接拉伸试验、无侧限抗压试验与三轴不固结不排水剪切试验(UU试验)测得不同应力状态下原状黄土的极限强度,拟合并推导出原状黄土适用的联合强度理论。结果表明:在天然含水率下,原状黄土的抗拉强度较小,仅为8.74kPa,剪切强度最大,抗压强度次之;原状黄土的极限拉应变很小,极限压应变稍大,土体表现为脆性破坏,但随着围压σ3的增大,破坏时的应变也相应增大,土体由脆性破坏向延性破坏过渡;二次抛物线型强度理论能合理地判断原状黄土的拉伸与剪切破坏;可利用易于测量的单轴抗压试验和三轴剪切试验结果求出二次抛物线型强度方程,并合理地反演出抗拉强度。     

可用于无钢筋建造的超强超韧水泥基复合材料

基于断裂力学的设计理念,使用活性粉末,并以高强、高弹性模量的聚乙烯纤维作为增强材料,制备具有超高强度和超高延性的纤维水泥基复合材料(UHDCC).轴向拉伸试验、轴压试验、弹性模量试验和四点弯曲试验结果表明,UHDCC的极限拉应力强度可达20 MPa,对应的平均拉伸应变接近9%,轴向抗压强度超过110 MPa.四点弯曲试验结果表明,UHDCC的无筋整浇梁的弯曲性能达到配筋率1.5%的普通钢筋混凝土梁的水平,且具有良好的延性.     

金属材料断裂与应力状态参数的关系

罗德参数、软性系数和应力三维度是研究金属材料变形、破坏时常用的应力状态参数,分析从三向压缩到三向拉伸不同应力状态下各参数值的变化,得出:应力三维度值从小向大有规律地变化,罗德参数和软性系数则不能分析裂纹体、无裂纹体金属材料断裂破坏的试验结果;同时认识到构件中,体积变形较大、形状变形较小处是材料发生脆断、准脆断的断裂萌生点,此危险点正是应力三维度有较大值处。     

基于金属热喷涂的防/除冰复合材料功能单元设计及试验研究

将金属热喷涂技术嵌入到复合材料层合板当中,使飞机机体结构承载特性和防/除冰功能集成一体,设计并测试了一种可用于飞机前缘防/除冰的复合材料功能单元结构,并对其在防/除冰功能工作时和不工作时的电阻性能及力学性能进行试验研究,试验结果表明：相对于不工作情况,防/除冰复合材料功能单元在工作时的电阻性能随着拉伸载荷增大而增大,直到拉伸极限时电阻值增大了40%,面内弯曲和层间载荷作用下电阻性能基本没有影响;防/除冰复合材料功能单元在工作时的面内拉伸极限强度基本不变,面内弯曲极限强度下降10%,层间极限强度影响下降36%;采用金属热喷涂技术设计的复合材料功能单元在发生拉伸、弯曲及层间等强度破坏前,功能单元均具有防/除冰功能。     

应力水平对2219铝合金腐蚀损伤力学性能的影响

为明确应力水平及暴露时间对2219铝合金腐蚀损伤力学性能的影响,选择在不同应力水平作用下暴露于EXCO腐蚀溶液中,经不同时间加速腐蚀后的2219铝合金试样,开展表面蚀坑深度测量、力学性能测试、拉伸断口形貌观察试验。结果表明,应力水平、暴露时间都是影响试样应力腐蚀损伤发展从而影响材料力学性能变化的重要因素。在腐蚀的初期阶段,即0.0~1.5 h,应力水平因素的影响有限;当暴露时间大于等于2.0 h,应力水平引起的以蚀坑平均深度为表征的腐蚀损伤更加显著。但在试验时间（2.5 h）内,应力水平对腐蚀损伤所产生的影响小于暴露时间,因而对材料力学性能变化的影响也小于暴露时间。腐蚀损伤造成的点蚀坑、微裂纹破坏了材料的连续性,使试样材料的抗拉强度、延伸率、弹性模量等力学性能指标下降,是促使材料在拉伸试验中没有经过充分的塑性变形阶段就发生瞬间断裂的重要原因。深度大的点蚀坑、微裂纹,可能成为断口主裂纹的起源。     

铝合金在三种应力状态下的力学性能研究及断口分析

通过对铝合金(6063)进行平板拉伸试验、带缺口的平板拉伸试验及纯剪切试验,研究了铝合金在三种应力下的力学性能.宏观试验结果发现:平板拉伸时的断裂应变大于带缺口拉伸时的断裂应变,而平板拉伸时的屈服应力及峰值应力小于带缺口拉伸时的屈服应力和峰值应力,剪切时材料的断裂剪应变远远大于平板拉伸时的断裂应变.三种应力状态下试样的断口也明显不同:缺口试样根部明显发生了颈缩现象,而且断面上存在着大量的韧窝;平板拉伸几乎没有发生颈缩现象,断面上的韧窝和剪切唇各占一定的比例;纯剪切试样断口上几乎以剪切唇为主.     

不同拉扭加载速率下低碳钢力学特性试验研究

基于拉伸扭转组合变形理论及平面应力状态理论,推导了低碳钢试件在轴力及扭矩作用下断裂时主应力及其主方向的计算公式。该文设计了3种拉扭加载速率的试验方案,通过试验得到了相应的扭矩、轴力、应变及扭转角的时间曲线,观察了试件破坏时的断面特征,并将试验值与理论计算结果进行了比较。结果表明,随着加载速率的增加,低碳钢的延伸率增加,断面收缩率减小;抗拉强度、屈服极限和扭转强度提高,断裂时的主应力及主方向值增大,试件破坏时的主方向与理论计算结果的变化规律一致。     

铝型材防撞梁的碰撞断裂失效表征

作为汽车轻量化的重要材料,铝合金的脆性断裂问题不可忽视。该文以某汽车铝型材防撞梁为研究对象,开展了铝合金静态和动态拉伸、静态剪切、静态缺口、静态拉剪以及穿孔等力学性能试验,获取了铝合金材料在不同应变率下拉伸应力状态的力学特性,以及准静态拉压剪等不同应力状态下的力学属性数据,使用Swift-Hockett-Sherby本构描述铝合金材料应变硬化特性,基于LS-DYNA有限元法模拟对标拉压剪等不同应力状态试验,获得不同应力状态试验的失效单元的应力三轴度和Lode角信息,标定了铝合金材料的修正的Mohr-Coulomb(MMC)断裂准则。通过铝型材动态三点弯结构试验和模拟,验证了MMC断裂模型对于表征铝合金材料在不同应力状态下断裂失效的有效性。     

西部矿区巨厚黄土层开采裂缝机理

为研究中国西部黄土矿区地表开采裂缝的形成机理,采用理论分析和试验的方法,运用土力学原理,结合开采沉陷理论,探讨土体剪切破坏与黄土层采动裂缝的形成机理.将理论应用到彬长矿区B40301工作面进行验证分析.研究结果表明:采动黄土层下沉弯曲引起的土体水平变形,造成土体单元水平方向应力松弛,达到剪切破坏的极限平衡状态;地表土层中的侧向水平应力近似为零,当存在克服土体凝聚力或抗拉强度的拉伸应变时,地表将会产生裂缝;推算出开采裂缝产生的临界深度预算公式,及地表产生裂缝的临界水平变形值计算公式.     

重组竹的力学性能试验

为了了解重组竹的破坏机理及应力—应变关系,对碳化与非碳化重组竹进行了单轴方向的拉、压试验,确定了碳化和非碳化两种材料的顺纹抗拉、抗压强度及弹性模量。试验结果显示:重组竹顺纹拉伸应力—应变呈线性关系;重组竹顺纹压缩应力—应变关系则经历了弹性阶段、弹塑性阶段与塑性破坏阶段;2种材料的抗拉强度均大于抗压强度;碳化重组竹的拉伸和压缩试验都表现出材料的脆性性质,破坏无预兆;非碳化试件达到极限受压承载力后并未立即破坏,仍保持一定的承载能力;且碳化后的重组竹弹性模量与强度均小于非碳化重组竹。     

FRP板加固钢筋混凝土梁的界面应力分析

基于弹性力学理论,研究了4点弯曲情况下FRP板加固钢筋混凝土梁的界面应力分布.在考虑粘结层影响的情况下给出了FRP板板端界面上剥离应力和正应力的解析表达式,分析了表达式中各物理量对界面应力的影响.由于进行了合理的简化,使得分析过程简单,且得到的解析解与文献中给出的有限元解答和试验结果符合很好,此外还给出了FRP板发生断裂破坏时的极限承载力表达式.     

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.     

建筑PVC膜材双轴正交拉伸循环试验

通过对PVC膜材进行7种应力比下的双轴正交拉伸循环试验,经纬向应力比值分别为0∶1,1∶5,1∶2,1∶1,2∶1,5∶1和1∶0,对膜材在双轴拉伸作用下的拉伸特性进行了研究.试验表明,经过3次循环作用后,膜材的力学试验性能更接近工程实际情况,且材料具有非线性和正交各向异性.在循环荷载作用下,初次循环后残余应变较大.随着循环次数的增加（一般3次后）,残余应变趋于常数,滞回曲线形状趋于稳定.采用双轴拉伸试验方法测定了PVC膜材的广义泊松比,验证了广义泊松比的非线性特征.试验证明,当经纬向应力比C≥1时,经向应变为正值;当C≥0.5时,广义泊松比变为负值;当应力比C为1∶0或0∶1时,双轴变成单轴试验,广义泊松比测定变成常规泊松比试验.理论和试验均证明当C1时,膜材的经向和纬向同时具有最大的弹性模量.     

沿应变路径准静态加载时混凝土的极限状态现象

为了研究混凝土的力学行为,利用电液伺服系统实验机对立方体试块沿着应变空间中的偏平面压缩路径进行了三轴加载试验.试验结果表明:混凝土材料在应力空间中存在有一个极限状态曲面,当沿着应变路径进行加载时,应力状态点的运动轨迹最后总是汇集到该曲面上,极限状态曲面与应力空间中的破坏面重合.在平均应力p与广义剪应力q构成的直角坐标系中,p轴上存在两个临界值,把p轴划分成低压区、中压区和高压区.当应变路径起点对应的p在同一区内时,p-q曲线彼此相似,在不同区时曲线有一定差异.极限状态现象可能引导研究者建立起一种混凝土特有的新的本构关系理论框架.