冲击载荷下胶结充填体的力学性能及能耗特征

为得到中等应变率下全尾砂胶结充填体动态力学性能及破坏规律,采用分离式霍普金森杆(SHPB)试验技术对全尾砂胶结充填体进行了冲击加载试验.试验结果表明:充填体的动态抗压强度及动态抗压强度增长因子随平均应变率的增加均呈线性增长规律,灰砂比越高,充填体的动态抗压强度越大,但动态强度增长因子越小;充填体的韧性指数与平均应变率对数具有显著的正相关性,与静态加载下相比,韧性指数呈几何倍数递减;动载冲击下,充填体的破坏形态主要为轴向宏观主裂缝拉伸破坏及压碎破坏,当平均应变率高于临界值时,充填体破坏形态为压碎破坏;在相同应变率作用下,充填体的单位体积吸收能和单位质量充填体破碎耗能随着平均应变率的增加呈指数函数增长规律,水泥含量越高的充填体具有越高的破碎耗能及单位体积吸收能,且破坏损伤程度越小.     

铀尾砂胶结充填体三轴压缩试验及非线性强度准则研究

充填采矿法是矿山开采的重要施工方法,探究尾砂胶结充填体回填采空区后的强度特性具有重要的理论研究和工程实际意义。以铀尾砂胶结充填体为研究对象,研究砂灰比和围压对胶结充填体力学性能的影响。随后基于三种强度理论,以试验数据为基准,对不同砂灰比铀尾砂胶结充填体强度进行预测。结果表明：砂灰比对尾砂胶结充填体的力学特性有较大的影响;砂灰比为4,围压小于4 MPa时,铀尾砂胶结充填体的应力-应变曲线呈应变软化型,砂灰比大于4,铀尾砂胶结充填体的应力-应变曲线呈应变硬化型。黏聚力和内摩擦角随着砂灰比的增大而减小,逐渐趋于平稳,并呈指数下降趋势。Rocker准则公式简单,能精准地预测不同砂灰比条件下铀尾砂胶结充填体的强度。提出考虑砂灰比的铀尾砂胶结充填体的Rocker强度准则,并验证其具有良好的预测效果。研究成果为矿山充填开采提供了有益的参考。     

胶结充填体冲击破坏及损伤演化数值模拟研究

为定量描述胶结充填体在动载作用下的损伤程度及破坏过程,利用数值模拟软件对胶结充填体进行SHPB动态冲击,并通过室内SHPB冲击试验结果验证数值模拟方法的可行性. 对不同冲击速度（1.5 ,1.7 ,1.8 ,2.0 m/s）条件下4种配比胶结充填体（灰砂质量比分别为1∶4, 1∶6, 1∶8, 1∶10）,采用微裂纹密度法定义损伤变量值d,进行损伤规律及破坏过程的数值模拟研究. 结果表明:数值模拟中使用波形整形器可获得更加理想的矩形波,使试件同一平面单元所受应力均匀,无应力集中现象;数值模拟结果很好地展现了胶结充填体的动态破坏过程,其整体破坏趋势为边缘发生剥落后裂纹向内部延伸与贯穿;在加载速度从1.7 m/s增加至1.8 m/s的过程中,损伤变量增大幅度超过10％;冲击速度由1.5 m/s增加至2.0 m/s的过程中,灰砂质量比为1∶4, 1∶6, 1∶8和1∶10的胶结充填体的损伤变量d变化范围分别为0.238～0.336,0.274～0.413,0.391～0.547,0.473～0.617,灰砂质量比1∶6变化至1∶8时,出现明显的损伤“跃升”现象.      

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.     

Al2O3陶瓷材料高应变率下的动态力学性能

针对常规SHPB实验系统的不足对其进行改进,采用改进的SHPB实验方法对Al2O3陶瓷材料的动态力学性能进行了实验研究,表明改进的SHPB实验方法可以成功地进行高强度材料高应变率下的动态力学性能实验。实验得到了Al2O3陶瓷材料在不同应变率下的动态应力应变曲线,结果表明,Al2O3陶瓷为弹脆性材料,其动态应力应变呈非线性关系;在高应变率下,陶瓷材料的动态应力应变关系是应变率相关的,材料的初始弹性模量、破坏应力、破坏应变值随应变率的增大而增大。最后对Al2O3陶瓷高应变率下的变形机理进行了讨论。     

高应变率下混凝土动态力学性能SHPB实验

利用φ100 mm霍普金森压杆试验设备,研究了混凝土材料在冲击荷载下的动态压缩性能,分析验证了实验结果的有效性、一致性和试样中的应力均匀性问题,得到了混凝土材料在较高应变率范围内的动态应力-应变关系.研究表明,混凝土材料的动态应力-应变呈非线性关系;混凝土材料为应变率敏感性材料,在较高应变率范围内混凝土材料的动态应力-应变关系是与应变率相关的;混凝土材料的破坏应力和破坏应变随应变率的增大而增大.     

水灰比对水泥砂浆高应变率下动态抗压力学性能影响的试验研究

为了研究水灰比对高应变率下水泥砂浆动态抗压力学性能的影响,利用分离式Hopkinsin压杆(SHPB)装置对不同水灰比(0.4、0.5和0.6)的水泥砂浆试件进行了单轴动态抗压试验研究;应变率范围为(39.4～209.4)s-1。同时进行了静态加载试验。试验结果表明,水泥砂浆的单轴抗压强度随着应变率的增大而增大,随水灰比增大,动态抗压强度值随应变率提高而增大的越缓慢;动态抗压强度提高因子DIF随应变率的增加而增大的速度随着水灰比的增加而降低。高应变率下,水泥砂浆试件的峰值压应变与极限压应变随着应变率的增大而增大,水灰比对峰值压应变值与极限压应变值的影响不大。     

高应变率下水泥砂浆劈拉强度试验研究

采用直径为74 mm的分离式霍普金森压杆(SHPB)设备对水泥砂浆在高应变率下的抗拉力学特性进行试验研究,受载试件采用平台巴西圆盘试样。通过控制不同气压,获得了50/s~342/s应变率范围内的水泥砂浆动态抗拉力学性能。为了凸显平台巴西圆盘试样的合理性,试验结果还与传统的巴西圆盘试样进行了对比。试验结果表明,水泥砂浆的劈拉强度,峰值应变及弹性模量随应变率的提高而提高,试验得出的动态强度增长因子(DIF)值随应变率的变化趋势与欧洲-国际混凝土协会(CEB)提出的模型比较吻合。破坏模式与应变率有一定关系,剪切破坏区的大小随着应变率的提高而提高。作为间接测量准脆性材料抗拉力学性能的方法,平台巴西圆盘试样优于巴西圆盘试样。     

饱和度影响下胶结充填体三轴力学特性试验研究

井下环境温度和湿度与室内标准养护条件下的不同,导致充填体原位强度和室内试验强度差异显著。为揭示养护龄期和含水饱和度对胶结充填体-水特征曲线及其力学性能的影响,分别借助三轴固结不排水压缩试验和充填体-水特征曲线测试方法,分析不同养护龄期与饱和度下充填体的三轴压缩变形特征参数和基质吸力变化规律。研究结果表明：养护龄期越长,充填体内部孔隙结构越致密,脱水越困难,相同饱和度下充填体内部的基质吸力越高;相同养护龄期下,充填体的饱和度越低,基质吸力越高;饱和充填体的变形特征与其内部结构强度相关,而非饱和充填体的变形特征主要受基质吸力影响,基质吸力与弹性模量呈正相关,与泊松比呈负相关;随着饱和度降低,充填体强度先小幅下降后上升。     

高温高应变率下建筑不锈钢动态力学性能研究

利用带有加热和同步对杆装置的分离式霍普金森压杆(SHPB)系统测定建筑不锈钢S30408材料在不同温度和应变率下的动态力学性能,并在DNS100材料试验机上进行了准静态(0.001 s~(-1))压缩试验.试验结果表明:建筑不锈钢S30408材料具有明显的应变率强化效应和温度软化效应,在一定温度条件下温度成为影响材料性能的主要因素.利用Johnson-Cook模型对不锈钢S30408材料进行了动态本构的拟合,并基于试验曲线特点进行修正.修正后的Johnson-Cook模型能够较好地反映材料性能,该本构模型参数可以为建筑不锈钢S30408材料在高温高应变下的动力分析提供依据.     

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.      

PC和PEK在高应变率下力学性质的实验研究

本文介绍了利用落重和高速摄影技术对聚合物（PC和PEK）在高应变率下力学性质的研究结果．由于采用了改进的落重装置，实现了高速摄影和应力应变过程的同时测量，从而使得在一次实验中可同时取到应力和应变数据，这样，避免了这类实验中常用的变形过程中体积不变的假设，使得结果更加可靠。     

Fe-C合金动态拉伸力学性能温度和应变率效应分子动力学

爆炸冲击荷载作用下温度和应变率对钢材动态力学性能的影响一直备受关注。Fe-C合金体系是钢材的基本组成部分,本文以Fe-C合金为基本研究对象,采用分子动力学方法模拟九种温度和四种应变率条件下Fe-C合金的单轴动态拉伸过程。结果表明：在所研究的温度和应变率范围内,Fe-C合金弹性模量对于应变率变化不敏感,对于温度变化非常敏感,随着温度的升高,弹性模量明显减小;相同温度条件下,屈服强度和峰值应变随应变率的增大而增大;相同应变率条件下,屈服强度和峰值应变随温度的升高而减小;温度和应变率对屈服强度的影响不具有相关性。基于分子动力学模拟,建立的纳米尺度下Fe-C合金动态拉伸力学性能计算公式能反映温度和应变率效应的共同影响,为钢材在爆炸冲击作用下动态拉伸力学性能描述提供依据。     

18CrNi4A完全渗碳件在高温及高应变率下的塑性行为

为评估使用18CrNi4A钢齿轮在表面渗碳并磨削后的残余应力分布,从而达到改进工艺、延长寿命的目标,制备了完全渗碳的样件。并通过分离式霍普金森压杆（SHPB）试验,测试了样件在多种温度和应变率组合下的应力-应变数据,据之拟合出其Johnson-Cook（J-C）塑性本构模型,可用于描述18CrNi4A钢渗碳层在高应变率及高温条件下的动力学行为。采用该模型进行数值模拟的结果与试验的对比表明该塑性模型适用于磨削工艺的仿真模拟分析。      

高强PVA纤维束冲击拉伸性能的实验研究

利用MTS和旋转盘式杆-杆型冲击拉伸试验装置,在高应变率、大应变率范围条件下(0.01～1 500s~(-1))研究了应变率对高强PVA纤维束力学性能的影响;同时,利用扫描电子显微镜考察了纤维材料在不同应变率下的微观断裂机理。     

预处理对高应变速率轧制镁合金板材组织均匀性和力学性能的影响

传统的镁合金板材加工技术存在生产效率低、成本偏高和成形性能不够理想等局限.本论文采用高应变速率轧制对AZ31镁合金进行轧制,对比研究了两种预处理方法对板材组织性能的影响.结果表明,高应变速率轧制是获得具有细小晶粒组织和良好综合力学性能的镁合金板材的有效手段.经过预变形+均匀化的预处理,高应变速率轧制板材的组织均匀性得到...     

挤压态Mg-1.2Zn-0.8Y合金组织及高应变速率下的力学行为

通过显微组织观察、X射线及电子衍射结构分析对挤压态Mg98Zn1.2Y0.8合金的第二相结构及分布,以及Mg基固溶体组织形态进行了研究,并对其100/s~667/s应变速率下的力学行为及断裂机制进行了分析.结果表明:Mg98Zn1.2Y0.8合金在300℃、挤压比为16的热挤压过程中发生了完全的动态再结晶;挤压态组织为晶粒细小的镁基固溶体、其上弥散分布的化合物H相,以及沿晶界分布的Z相.室温下随着应变速率从100/s提高到667/s,挤压态Mg98Zn1.2Y0.8合金的屈服强度及抗拉强度明显升高,延伸率也从9.2%提高到13%.室温下应变速率为100/s~667/s时挤压态M g98Zn1.2Y0.8合金的拉伸断裂方式是以韧性断裂为主并伴有脆性断裂的混合断裂.     

高填方大直径钢波纹管涵洞力学特性

为研究高填方大直径钢波纹管的力学特性,选取萍洪高速AK0+485处钢波纹管涵洞作为研究对象,通过现场测试以及数值模拟提取管体上部不同填土高度情况下管体的应变、土压力以及管体的横向和竖向变形.通过对数据进行处理分析得出测试数值与模拟数值变化趋势基本一致,管中环向应变以及管顶轴向应变分别大于其他部位的应变.管顶土压力较小,管体下45°位置的土压力较大,主要是由于大直径钢波纹管的柔性以及混凝土支撑的限制作用导致.而对于无混凝土支撑情况下的数值模拟显示,无混凝土支撑可减小应力集中现象以及大部分测点位置的土压力.